DE69210118T2

DE69210118T2 - Aufbau eines Brennkammerdomes

Info

Publication number: DE69210118T2
Application number: DE69210118T
Authority: DE
Inventors: Adrian Mark Ablett; Clyde Robert Draper; Steven Craig Steffens
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2012-07-01
Also published as: EP0521687A1; CA2070518C; EP0521687B1; CA2070518A1; JPH05187636A; DE69210118D1; US5329761A; JPH0784923B2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentriebwerks-Brennkammern und insbesondere auf eine verbesserte Domanordnung mit einer Einrichtung zum Starten einer Filmkühlung einer Auskleidung der Brennkammer.

Stand der Technik

Eine typische Luftfahrzeug-Gasturbinentriebwerks-Brennkammer enthält ringförmige, radial voneinander beabstandete äußere und innere Brennkammerauskleidungen, die koaxial um eine longitudinale Mittelachse angeordnet sind, um dazwischen eine ringförmige Verbrennungszone auszubilden. Am stromaufwärtigen Ende der Auskleidungen ist ein ringförmiger Brennkammerdom angeordnet, der damit fest verbunden ist und mehrere auf dem Umfang mirri Abstand angeordnete Vergaser darin enthält, um ein Brennstoff-/Luftgemisch in die Brennkammer hinein zu liefern, das zum Erzeugen von Verbrennungsgasen darin gezündet wird.
Um die Brennkammer vor den heißen Verbrennungsgasen zu schützen und eine nutzvolle Standzeit für diese bereitzustellen, werden unterschiedliche Einrichtungen zum Kühlen des Doms und der Auskleidungen verwendet, einschließlich beispielsweise einer Einrichtung zum Erzeugen von Kühlluft- Grenzschichtfilmen entlang den Innenflächen der Brennkammer. Ein derartiges Filmkühlen muß vom Dom aus vorgesehen sein und sich stromabwärts entlang der gesamten ausdehnung der Auskleidungen erstrecken. Der Kühlluftfilm wird üblicherweise durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden herkömmlichen Kühlkörper (Nugget) in der Form einer Ringkammer gebildet, die eine Lippe aufweist, welche einen ringförmigen Auslaßspalt zum Abgeben des Kühlluftfilms aufweist. Der Körper enthält mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Einlaßlöcher, die üblicherweise mit einem Radius oder Scheitel des Körpers an einem stromaufwärtigen Ende der Kammer angeordnet sind. In herkömmlichen Brennkammern werden üblicherweise merhere in axialem Abstand angeordnete Reihen von Kühlkörpern verwendet, um das Fortbestehen eines wirksamen Kühlluftfilms entlang der gesamten axialen und umfangsmäßigen Erstreckung der Brennkammerauskleidungen sicherzustellen.
Ein weiterer Brennkammertyp verwendet axial beabstandete Reihen von umfangsmäßig beabstandeten geneigten Vielfachlöchern zum Konvektionskühlen der Auskleidungen ebenso wie zum Bereitstellen des Kühlluftfilms entlang den Innenflächen davon, anstelle der Verwendung herkömmlicher Körper. In einigen Viellochauslegungen sind jedoch viele Löcher selbst ungeeignet, um einen wirksamen Kühlluftfilm zu starten, und es ist ein herkömmlicher Körper oder eine andere Einrichtung vorgesehen, um den Kühlluftfilm am stromaufwärtigen Ende der Brennkammer unmittelbar stromaufwärts von der ersten Reihe von Vielfachlöchern zu starten. Ein wirksamer Kühlluftfilm muß bei einer derartigen Ausführungsform von dem Dombereich der Brennkammer ausgehend vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Vielfachlöcher für einen wirksamen Kuhlfiln mit einer akzeptablen Wärmeübertragungsrate sorgen. Beispielsweise zeigt eine Modelluntersuchung, die durch die vorliegenden Anmelderinnen durchgeführt wurde, daß die Kühlwirksamkeit einer Vielfachlöcherauskleidung alleine im Vergleich zu einer Vielfachlöcherauskleidung, die einen Kühlfilm-Startschlitz an seinem stromaufwärtigen Ende hat, anfänglich etwa 10% der Kühlwirksamkeit im Vergleich dazu am Domende der Brennkammer aufweist. Die Kühlwirksamkeit der Auskleidung mit ausschließlich Viel fachlöchern nimmt entlang der Auskleidung in der stromabwärtigen Richtung zu, während die Kühlwirksamkeit der Mehrlochauskleidung mit dem Kühlluftfilmstartschlitz in der strornabwärtigen Richtung abnimmt, wobei die Filmwirksamkeit des zuletzt genannten wesentlich größer ist als diejenige des zuerst genannten bis hin zu der letzten Reihe der Vielfachlöcher in der Auskleidung.
Die zum Ausbilden eines Kühlluftfilms verwendete Luft in einer Brennkammer ist ein Teil der Kompressorausgangsluft, die notwendigerweise das Gesamtleistungsvermögen der Brennkammer erniedrigt, weil diese Luft nicht direkt zur Förderung des Verbrennungsprozesses verwendet wird. Ferner existieren in herkörnmlichen Brennkammern zum Bereitstellen deren Kühlung, einschließlich der Filmkühlung, verschiedene herkömmliche Luftkühlöffungen. Diese unterschiedlichen her kömmlichen Strukturen haben variierende Grade an Komplexität, Kosten, unerwünschten Gewichts oder Spannungskonzentrationen oder Effizienz in der Ausnutzung verfügbarer Kühlluft. Beispielsweise führt das Anordnen einer Kühlluftöffnung im Scheitel oder Radius einer Platte üblicherweise zu einer deutlichen Spannungskonzentration, die beispielsweise durch eine vergrößerte Dicke der Platte aufgenommen werden muß, um ein nutzbare Standzeit der Brennkammer bereitzustellen. Da die Brennkammer-Kühlluft üblicherweise den Verbrennungsprozeß nicht direkt fördert, sollte ferner ihre Verwendung auf einem Minimum gehalten werden, um Leistungsvermögengesamtverluste der Brennkammer zu vermeiden.
Die US-A-4 843 825 offenbart einen Brennkammer-Domhitzeschild. Eine ringförmige Brennkammer weist mehrere Kraftstoffeinspritzer auf, von denen jeder einen Hitzeschild trägt. Jeder Schild hat einen Überlappungsteil, der Kühlluft ablenkt, die zwischen den Schilden durchtritt, wodurch ein Lufvorhang zwischen den Flammen benachbarter Kraftstoffeinspritzer vermieden wird.
Die US-A-5 012 645 offenbart eine Brennkammerauskleidungskonstruktion für ein Gasturbinentriebwerk, bei welcher schwimmende plattenförmige Hitzeschilde die Wände einer Brennkammer mit einem Teil der stromaufwärts strömenden Kühlluft überdecken. Der Domhitzeschild hat eine Lippe, welche einen Teil des Wandhitzeschilds überlappt Der Dom lenkt den Kühlstrom ab und zwingt ihn nach innen gegen eine Lippe zur Verbesserung der Kühlung der Lippe.
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen beansprucht.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine neue und verbesserte Brennkammer-Domanordnung für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennkammer Domanordnung für eine ringförmige Gasturbinentriebwerks- Brennkammer mit einer Auskleidung, die auf Verbrennungsgase gerichtet ist und diese einschließt, enthaltend:
eine ringförmige Halterungsplatte mit einem nahegelegenen Ende, das mit der Auskleidung fest verbunden ist, einem entfernten Ende und einem Zwischenabschnitt dazwischen mit mehreren auf dem Umfang in Abstand angeordneten Halterungslöchern, die jeweils einen entsprechenden Vergaser haltern; mehrere ringförmige Ablenkplatten, die jeweils ein nahegelegenes Ende, das koaxial mit einer entsprechenden der Halterungsöffnungen fest verbunden ist, einen erweiterten Zwischenabschnitt, der mit axialem Abstand stromabwärts von dem Zwischenabschnitt der Halterungsplatte und radial entfernt von der Auskleidung angeordnet ist, um eine Kammer zu bilden, und ein entferntes Ende aufweisen, das mit radialem Abstand von der Auskleidung angeordnet ist, um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Auslaßspalt in Strömungsverbindung mit der Kammer zu bilden;
wobei der Zwischenabschnitt der Halterungsplatte mehrere Prallöcher aufweist, die zwischen den Halterungsöffnungen und dem nahegelegenen Ende der Halterungsplatte angeordnet sind, zum Leiten von einem ersten Teil von verdichteter Luft als Pralluft in die Kammer, um gegen den Zwischenabschnitt der Ablenkplatte zu prallen;
wobei die Erfindung gekennzeichnet ist durch mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete, axial verlaufende Luftschlitze, die zwischen dem nahegelegenen Ende der Halterungsplatte und der Auskleidung angeordnet sind, zum Leiten eines zweiten Teils der verdichteten Luft durch diese hindurch und in die Kammer hinein für ein Mischen mit der verbrauchten Pralluft, um einen Kühlluftfilm zu bilden, der sich von dem Auslaßspalt entlang der Auskleidung für eine Filmkühlung derselben erstreckt.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Starten einer Filmkühlung in einer vorstehend angeführten Brennkarnmer-Domanordnung und ferner mit mehreren mit axialem Abstand angeordneten Reihen, die viele schräge Löcher aufweisen, die in der Auskleidung stromabwärts von dem Auslaßspalt angeordnet sind, zum Einleiten eines Teils der verdichteten Luft in die Brennkammer für eine Filmkühlung ihrer Auskleidung, wobei das Starten der Filmkühlung aus den Viellochreihen enthält:
Einleiten des ersten Luftteils durch die Prallöcher für einen Aufprall gegen den Zwischenabschnitt der Ablenkplatte, um verbrauchte Pralluft zu bilden;
Leiten des zweiten Luftteils durch die Luftschlitze;
Mischen der verbrauchten Pralluft mit dem zweiten Luftteil ausden Luftschlitzen in der Kammer; und
Ausstoßen der gemischten verbrauchten Pralluft und des zweiten Luftteils durch den Auslaßspalt aus dem Külluftfilm, um die Filmkühlung aus den Viellochreihen zu starten.
Merkmale der vorliegenden Erfindung dienen dazu, eine Brennkammer-Domanordnung bereitzustellen, welche die Kühlluft zur Erhöhung des Brennkammerwirkungsgrads wirksamer nutzt; sie stellt eine einfachere und leichtere Brennkammer-Domanordnung bereit und weist eine Einrichtung zum Starten des Filmkühlens für eine Vielloch-Brennkammerauskleidung auf.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand bevorzugter sowie beispielhafter Ausführungsformen zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen derselben nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer beispielhaften doppelten ringformigen Brennkammer mit einer Brennkammer-Domkammeranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht eines Abschnitts des radialen Innenteils der Brennkammer-Domanordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, wobei ihre Vergaser zur Klarheit entfernt sind,
Fig. 3 eine vergrößterte Längsschnittansicht des radialen Innenteils der Brennkammer-Domanordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, unter Darstellung eines Teils eines Vergasers, einer Ablenkplatte und einer Halterungsplatte, die mit einem stromaufwärtigen Ende der radial inneren Brennkammer auskleidung verbunden sind,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Brennkammer-Domanordnung entlang der Linie 4-4,
Fig. 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Brennkammer-Domanordnung entlang der Linie 5-5,
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Brennkammer-Domanordnung entlang der Linie 6-6,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Auskleidung mit Luftschlitzen in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Auskleidung mit Luftschlitzen in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Auskleidung mit Luftschlitzen in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Auskleidung mit Luftschlitzen in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Art(en) zum Ausführen der Erfindung

In Fig. 1 ist als Beispiel eine Doppelring-Brennkammer 10 für ein Luftfahrzeug-Turbofan-Gasturbinentriebwerk gezeigt. Die Brennkammer 10 enthält ringförmige radial äußere und innere Brennkammerauskleidungen 12 bzw. 14, die koaxial um eine Längsmittelachse 16 der Brennkammer angeordnet und radial beabstandet sind, um eine ringförmige Verbrennungszone 18 dazwischen festzulegen. Jede der Auskleidungen 12, 14 hat ein stromaufwärtiges Ende 12a bzw. 14a und stromabwärtige Enden 12b bzw. 14b, die in herkömmlicher Weise mit den ringförmigen äußeren und inneren Gehäusen 20 und 22 der Brennkammer 10 fest verbunden sind.
Die Brennkammer 10 enthält außerdem eine ringförmige Brenn kammer-Domanordnung 24 in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die herkömmlicher Weise an den stromaufwärtigen Enden 12a und 14a der Auskleidung beispielsweise durch Schrauben fest verbunden ist. Die Domanordnung, oder einfacher der Dom 24 enthält wenigstens einen ringförmigen Sonderteil oder eine Halterungsplatte 26, die ein radial inneres, nahegelegenes Ende 26a aufweist, das in herkömmlicher Weise mit dem inneren nahegelegenen Verkleidungsende 14a fest verbunden ist, und ein radial äußeres entferntes Ende 26b, das in herkömmlicher Weise mit einem ringförmigen zentralen Körper 28 fest verbunden ist, indem es beispielsweise entweder geschraubt oder geschweißt ist.
Dieses Ausführungsbeispiel der Brennkammer 10 hat die Form einer doppelten ringförmigen Brennkammer, die sowohl die radial innere Halterungsplatte 26 wie eine im wesentlichen idenüische radial äußere Halterungsplatte 26 aufweist, wobei die innere Halterungsplatte 26b zwischen der inneren Auskleidung 14 und dem zentralen Körper 28 fest verbunden ist, und wobei die äußere Halterungsplatte 26B in ähnlicher Weise zwischen der äußeren Auskleidung 12 und dem zentralen Körper 28 fest verbunden ist. Bei einer alternativen Ausführungsform können die inneren und äußeren Halterungsplatten 26, 26B ein einziges Teil darstellen, das sich von der inneren Auskleidung 14 zu der äußeren Auskleidung 12 erstreckt. Die Brennkammer-Domanordnung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem in herkömmlichen ringförmigen Einzel-Brennkammern verwendet werden, die die äußere Halterungsplatte 26B oder den zentralen Körper 28 nicht enthalten würden, und bei einer derartigen Ausführungsform wäre das entfernte Halterungsplattenende 26b in geeigneter Weise direkt mit der äußeren Auskleidung 12 beispielsweise durch Bolzen bzw. Schrauben fest verbunden. Die Erfindung wird demnach in Bezug auf die radial innere Halterungsplatte 26 naher erläutert, wobei es sich versteht, daß sie ähnlich gut auf die Ausführungsform angewendet werden kann, welche die äußere Halterungsplatte 26B enthält, ebenso wie auf andere Ausführungsformen von Brennkammern.
Die Halterungsplatte 26 enthält außerdem einen ringförmigen Zwischenteil 26c, der in Fig. 2 näher gezeigt und radial zwischen den nahegelegenen und entfernten Enden 26a und 26b angeordnet ist, und weist mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Halterungsöffnungen 30 auf, jeweils zum Aufnehmen und Haltern eines jeweiligen herkömmlichen Vergasers 32, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei ähnliche Vergaser 32B in der äußeren Halterungsplatte 26B angeordnet sind.
Die Brennkammer 10 enthält außerdem ringförmige äußere und innere Schutzkappen 34 bzw. 36, die sich von den stromaufwärtigen Verkleidungsenden 12a bzw. 14a aufwärts erstrecken und beispielsweise durch Schrauben mit diesen fest verbunden sind. Eine Brennstoffeinspritzanordnung 38 enthält eine radial äußere Brennstoffdüse 38a und eine radial innere Brennstoffdüse 38b, die in herkömmlicherweise in den jeweiligen Vergasern 32B und 32 zum Liefern von Brennstoff 40 dorthin angeordnet sind. Kompressorausgangsluft 42 wird üblicherweise von einem (nicht gezeigten) herkömmlichen Kompressor zu einem ringförmigen Diffusor 44 geliefert, der die komprimierte bzw. verdichtete Luft 42 durch die Schutzkappen 34, 36 sowie in die Vergaser 32, 32B hinein leitet, wo sie in herkömmlicher Weise mit dem Brennstoff 40 von den Düsen 38a, 38b zum Bilden eines Brennstoff-/Luftgemisches gemischt wird, das in herkömmlicher Weise entzündet wird, um Verbrennungsgase 46 in der Brennkammer 10 zu bilden. Die Verbrennungsgase 46 werden aus der Brennkammer 10 durch eine herkömmliche Turbinendüse 48 abgegeben und strömen daraufhin zu einer (nicht gezeigten) herkömmlichen Hochdruckturbine.
Teile der verdichteten Luft 42 werden zwischen den Außenflächen der Auskleidungen 12 und 14 und den Innenflächen der Gehäuse 20 und 22 zum Kühlen der Brennkammer 10 geleitet. Die verdichtete Luft 42 wird außerdem durch die Verkleidungen 12 und 14 geleitet, d.h. durch in Fig. 1 nicht gezeigte Öffnungen, um eine herkömmliche Verdünnung der Brenngase 46 ebenso bereitzustellen, wie ein Filmkühlen der Innenflächen von beispielsweise den Auskleidungen 12 und 14.
In den Fig. 2 und 3 sind die innere Halterungsplatte 26 und der innere Vergaser 32 der Domanordnung 24 mehr im einzelnen gezeigt, wobei es sich versteht, daß die Beschreibung der Erfindung gleichermaßen auch auf die äußere Halterungsplatte 26B und den äußeren Vergaser 32B zutrifft. Jede der Halterungsöffnungen 30 hat eine in Längsrichtung verlau fende Mittelachse 50, um welche der Vergaser 32 in der Halterungsöffnung 30 koaxial angeordnet ist. Eine Mehrzahl von ringförmigen Hitzeschilden oder Ablenkplatten 52 hat jeweils ein nahegelegenes Ende 52a, das mit einer jeweiligen der Halterungsöffnungen 30 beispielsweise durch Löten koaxial fest und dichtend verbunden ist; ein entferntes Ende 52b, das radial auswärts weg von der Innenfläche der Verkleidung 14 beabstandet ist, um einen umf angsmäßig verlaufenden Auslaßspalt 54 zu bilden; und einen erweiterten Zwischenteil 52c, der axial beabstandet stromabwärts von dem Stützplattenzwischenteil 26c und radial auswärts weg von der Auskleidung 14 beabstandet ist, um eine in Umfangsrichtung verlaufende Kammer 56 zu bilden, die sich in Strömungsverbindung mit dem Auslaßspalt 54 befindet.
Der Tragplattenzwischenteil 26c ist bevorzugt flach und enthält eine Mehrzahl von umfangsmäßig und radial beabstandeten Prallöchern 58, die zwischen dem Halterungsöffnungen 30 und dem nahegelegenen Halterungsplattenende 26a angeordnet sind, um einen ersten Teil der verdichteten Luft 42 als Pralluftstrahlen 42a in die Kammer 56 zu leiten, um gegen den Ablenkplattenzwischenteil 52c zu prallen, um diesen zu kühlen. Eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten axial verlaufenden Luftschlitzen 60 sind zwischen dem nahegelegenen Halterungsplattenende 26a und dem stromaufwärtigen Verkleidungsende 14a zum Leiten eines zweiten Teils 42b der verdichteten Luft 42 dort hindurch und in die Kammer 56 zum Mischen mit der verbrauchten Pralluft 42a angeordnet, die als erstes gegen den Ablenkplattenzwischenteil 42c geprallt ist, um einen Kühlluftfilm 42c zu bilden, der sich von dem Auslaßspalt 54 entlang der Innenfläche der Auskleidung 14 zum Filmkühlen der Auskleidung 14 erstreckt. Die äußeren und inneren Auskleidungen 12, 14 weisen Innenflächen auf, die auf die Verbrennungsgase 46 gerichtet sind und diese einschließen, und der Kühlluftfilm 42c strömt entlang diesen Innenflächen, um eine schützende Kühlluftgrenzschicht auszubilden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird kein herkömmlicher, relativ komplexer zusätzlicher Kühlluftkörper verwendet, um den Kühlluftfilm 42c bereitzustellen, sondern stattdessen sind die Prallöcher 58, die Luftschlitze 60 und der Auslaßspalt 54 zum Bereitstellen des Kühlluftfilms 42c von dem Auslaßspalt 54 in vorbestimmter Weise bemessen und konfiguriert, wie auch zum Bereitstellen einer Prallkühlung der Ablenkplatte 52 und zum Vergrößern des Übergangstemperaturansprechens des nahegelegenen Halterungsplattenendes 26a am stromaufwärtigen Verkleidungsende 14a. Insbesondere sind die Prallöcher 58 in dem flachen Halterungsplattenzwischenteil 26c angeordnet, und nicht in dem gekrümmten Scheitelteil von ihm, der den Zwi schenteil 26c und das nahegelegene Ende 26a überbrückt, zum Verringern von Spannungskonzentrationen. Die verdichtete Luft 42 wird zunächst als die Pralluft 42a zum Kühlen der Ablenkplatte 52 geleitet und strömt daraufhin in die Kammer 56. Der zweite Luftteil 42b wird durch die Luftschlitze 60 zum schnellen Erwärmen der Flanschverbindungen, die durch das nahegelegene Halterungsplattenende 26a gebildet sind, das stromaufwärtige Verkleidungsende 14a und die Schutzkappe 36 während einer Triebwerksbeschleunigung geleitet, um das Übergangstemperaturansprechen oder Wachsen der Flanschverbindung zu vergrößern, um thermische Spannungen zu verkleinern.
Beim Verzögern des Triebwerks kühlt in ähnlicher Weise der zweite Luftteil 42b schneller die Flanschverbindung ab, um erneut die thermischen Spannungen darin zu verringern. Der zweite Luftteil 42b wird daraufhin in ähnlicher Weise in die Kammer 56 geleitet, wo er mit der verbrauchten Pralluft 42a gemischt und durch den Auslaßspalt 54 als der Kühlluftfilm 42c abgegeben wird. Auf diese Weise wird die verdich tete Luft 42 nicht nur zum Bereitstellen des Kühlluftfilms 42c wirksamer verwendet, sondern auch zum Prallkühlen der Ablenkplatte 52 und zum Erhöhen des Übergangsansprechens der Flanschverbindung. Obwohl der Kühlluftfilm 42c heißer ist als er wäre, wenn er durch die herkömmlichen Kühlluftkörper bereitgestellt würde, die direkt mit einem Teil der zuvor ungenutzten verdichteten Luft 42 ausgebildet werden, ist er ungeachtet dessen wirksarn, um für ein Filmkühlen der Auskleidung 14 zu sorgen.
Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das stromaufwärtige Auskleidungsende 14a im wesentlichen flach bzw. eben und der Ablenkplattenzwischenteil 52c am entfernten Ende 52b ist allgemein konvex auf die Kammer 56 zu oder so konfiguriert, daß es einen konvergierenden Kanal 62 zum Beschleunigen der verbrauchten Pralluft 42a und des zweiten damit gemischten Luftteils 42b aus der Kammer 56 und aus dem Auslaßspalt 54 bildet, um einen wirksameren Kühlluftfilm 42c zu erzeugen. Wie in Fig. 4 näher gezeigt ist, sind die Luftschlitze 60 bevorzugt so konfiguriert, daß der zweite Luftteil 42b zur Ausbildung einer in Umfangsrichtung gleichförmigen Strömung des Kühlluftfilms 42c aus dem Auslaßspalt 54 verteilt wird.
Beispielsweise enthält jeder der Luftschlitze 60 ein stromaufwärtiges gerade verlaufendes Ende 60a mit einer konstanten Breite W&sub1; und einen divergierenden stromabwärtigen Auslaßteil 60b mit einer linear zunehmenden Breite ausgehend von der ersten Breite W&sub1; zu einer maximalen Breite W&sub2; an seinem Auslaß Auf diese Weise breitet sich der zweite Luftteil 42b beim Austreten aus den Luftschlitzen 60 schneller in Umfangsrichtung aus, um die Gleichförmigkeit des Kühlluftfilms 42c in Umfangsrichtung zu verbessern. Jede Seite des Luftschlitzauslaßteils 60b hat einen Halbwinkel H, der seinen Divergenzgrad anzeigt, der kleiner ist als etwa 15º und bevorzugt 10º, um für ein Verteilen des zweiten Luftteils 42b durch die Schlitze 60 ohne Strömungsablösung zu soregn. Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist außerdem jeder der Luftschlitze 60 bevorzugt parallel zu der Längsmittelachse 16 der Brennkammer 10 ausgerichtet.
Die Luftschlitze 60 können unterschiedliche Konfigurationen zwischen dem nahegelegenen Halterungsplattenende 26a und dem strornaufwärtigen Auskleidungsende 14a aufweisen, und die Luftschlitze 60 sind, wie beispielsweise in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, bevorzugt in der Innenfläche der Auskleidung 14 angeordnet oder vertieft. Sie können in geeigneter Weise bis zu einer geeigneten Tiefe d von beispielsweise etwa 0,5 mm in die Auskleidung eingearbeitet oder gegossen sein und in geeigneter Weise mit einem Abstand 5, wie in Fig. 5 gezeigt, beabstandet sein, um ein wirksames thermisches Übergangsansprechen der Flanschverbindung ebenso bereitzustellen, wie eine umfangsmäßige Gleichförmigkeit des Kühlluftfilms 42c. Die Höhe des Auslaßspalts 54 bei dieser beispielhaften Ausführungsform beträgt etwa 1,8 mm, um einen wirksamen Kühlluftfilm 42c bereitzustellen.
Wie in den Fig. 2, 3 und 6 gezeigt, enthält jede der Ablenkplatten 52 bevorzugt radial verlaufende, umfangsmäßig beabstandete, gegenüberliegende Seitenkanten 52e, die in Anlage gegen den Halterungsplattenzwischenteil 46c angeord net sind, um eine Leckage von verbrauchter Pralluft 42a dadurch hindurch abzudichten und die verbrauchte Pralluft 42a einzuschließen, damit diese durch die Kammer 56 und aus dem Auslaßspalt 54 strömt. Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt, ist jede der Ablenkplatten 52 um die Mittelachse 50 ringförmig, wobei das nahegelegene Ende 52a rohrförmig ist und wobei der Zwischenteil 52c allgemein rechteckig ist. Jede der Ablenkplatten 52 hat zwei entfernte Enden 52b, eine am Boden und eine an der Oberseite, radial von der Verkleidung 14 und dem zentralen Körper 52 beispielsweise weg beabstan det, um jeweilige Auslaßspalte 54 zu bilden. Die beiden radial verlaufenden Seitenkanten 52e jeder Ablenkplatte 52 sind benachbart zu den jeweiligen Seitenkanten 52e der umfangsmäßig benachbarten Ablenkplatten 52 angeordnet.
Bei einer herkömmlichen Ablenkplatte sind radial verlaufende Spalte zwischen den Ablenkplatten vorgesehen, aus denen Luft auslecken kann. In Übereinstimmung mit einer Aufgabe der vorliegenden Erfindung können die Ablenkplattenseitenkanten 52e jedoch, beispielsweise durch Biegen, nicht nur so gebildet sein, den Ablenkplattenzwischenteil 58c axial weg von dem Halterungsplattezwischenteil 56c zu beabstanden, sondern auch so, eine wirksame Seitendichtung an der Verbindung der Seitenkanten 52e und des Halterungsplatt.enzwischenteils 56c bereitzustellen. Auf diese Weise wird die verbrauchte Pralluft 42a, die aus den Prallöchern in die Kammer 56 abgegeben wird, eingeschlossen, um in einer radialen Richtung auf die Auslaßspalte 54 zu und aus diesen heraus zu strömen, um die verbrauchte Pralluft 42a beim Bereitstellen eines wirksamen Kühlluftfilms 42c von den Auslaßspalten 54 wirksamer auszunutzen.
Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, konnen die innere Verkleidung 14 ebenso wie die äußere Verkleidung 12 und der zentrale Körper 28 bei einer beispielhaften Ausführungsform mehrere axial beabstandete Reihen von nach hinten geneigten Vielfachlöchern 64 aufweisen, die in der Auskleidung 14 stromab von dem Auslaßspalt 54 angeordnet sind, um in die Brennkammer 10 einen dritten Teil 42d der verdichteten Luft 42 zu leiten, um die Auskleidung 14 sowohl durch Filmkühlung als auch konvektiv zu kühlen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Vielfachlöcher 64 alleine nicht wirksam, um einen geeigneten Kühlluftfilm entlang der Innenfläche der Auskleidung 14 zum Schutz gegen die Brenngase 46 bereitzustellen. Wie vorstehend erläutert, können jedoch die Prallöcher 58, die Luftschlitze 60 und der Auslaßspalt 54 bevorzugt dazu bemessen sein, einen wirksamen Kühlluftfilm 14c zum Starten des Filmkühlens ausgehend von der ersten Reihe von Vielfachlöchern 64 bereitzustellen. Der Startkühlluftfilm 42c verbindet sich daraufhin mit den Kühlluftfilmen 42d von den Mehrfachlöchern 64 zum Ausbilden eines kontinuierlichen Kühlluftfilms aus dem Auslaßspalt 54 sowie stromabwärts über die gesamte axiale Länge der Brennkammer 10.
Die Brennkammer-Domanordnung 24 gemäß der vorliegenden Erfindung kann demnach bei einem neuen Verfahren zum Starten des Filmkühlens ausgehend von den Reihen der Mehrfachlöcher 64 verwendet werden, welches Verfahren das Leiten des ersten Luftteils 42a durch die Prallöcher 58 zum Prallen gegen den Ablenkplattenzwischenteil 52c enthält, um verbrauchte Pralluft zu bilden. Das Verfahren enthält ferner das Leiten des zweiten Luftteils 42b durch die Luft schlitze 60 und in die Kammer 56 hinein, um sich mit der verbrauchten Pralluft 42a darin zu mischen. Das Verfahren enthält ferner das Abgeben der gemischten verbrauchten Pralluft 42a und des zweiten Luftteils 42b, die aus den Luftschlitzen 60 von der Kammer 56 und durch den Auslaßspalt 54 als der Kühlluftfilm 42c abgegeben werden werden, um das Filmkühlen ausgehend von den Reihen der Vielfachlöcher 64 zu starten.
Bei einer bevorzugten Ausführungform der Erfindung beträgt die Geschwindigkeit des Kühlluftfilms 42c, der aus dem Auslaßspalt 54 in der axialen stromabwärtigen Richtung abgegeben wird, bevorzugt das etwa zwei- bis dreifache der Geschwindigkeit der Brenngase 46 in der Brennkammer 10, welche relativ hohe Geschwindigkeit des Kühlluftfilms 42c wirksamer erhalten werden kann durch Verwenden von sowohl der ersten und zweiten Kühlluftteile 42a und 42b, die in der Kammer 46 vereinigt und durch den konvergierenden Kanal 62 zum Auslaßspalt 54 beschleunigt werden. Die in der verdichteten Luft 42 verfügbare Energie kann demnach sowohl zum Prallkühlen der Ablenkplatte 52 als auch zum Verbessern des thermischen Übergangsansprechens der Flanschverbindung an den Luftschlitzen 60 verwendet werden, wobei geeignete Energie darin zum Ausbilden eines wirksamen Kühlluftfilms 42c verbleibt. Da Druckabfälle über sowohl den Prallöchern 58 als auch den Luftschlitzen 60 auftreten, welche notwendigerweise die Geschwindigkeit der Kühlluft 42, die dadurch geleftet wird, verringern, sind sowohl der konvergierende Kanal 62 wie die Dichtungen, die durch die Ablenkplattenseitenkanten 52e bereitgestellt werden, wirksam zum Verbessern des Wirkungsgrads beim Leiten der verdichteten Luft 42 zu den Auslaßspalten 54 zum Bereitstellen eines wirksamen Kühlluftfilms 42c.
Da ferner mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Luftschlitze 60 die in Umfangsrichtung verlaufende Kammer 56 und den Auslaßspalt 54 speisen, muß der zweite Luftteil 42c in geeigneter Weise in Umfangsrichtung verteilt werden beim Abgeben aus dem Luftschlitz 60, wie vorstehend erläutert wurde, um einen in Umfangsrichtung gleichförmigen Kühlluftfilm 42c zum wirksamen Schützen der Auskleidung 14 auszubilden, wie auch zum wirksamen Starten des Filrnkühlens von den Vielfachlöchern 64 gleichförmig in Umfangsrichtung um die Auskleidung 14 herum.
Obwohl divergente Luftverteilungsschlitze 60, die parallel zu der Brennkammer-Mittellinie 16 angeordnet sind, in der bevorzugten Ausführungsform in Fig. 4 gezeigt sind, können alternative Konfigurationen der Luftschlitze 60 ebenfalls verwendet werden, wie in den Fig. 7 bis 10 gezeigt ist. In Fig. 7 ist beispielsweise eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Luftschlitze, die mit 60B bezeichnet sind, einfach gerade verlaufende Seiten aufweisen, die parallel zu der Brennkammerlängsachse 16 ausgerichtet und in geeigneter Weise eng beabstandet zueinander verlaufen, um einen in Umfangsrichtung gleichförmigen Kühlluftfilm 42c auszubilden, wenn er mit der verbrauchten Luft 42a gemischt wird. In Fig. 8 kann jeder der mit 60, bezeichneten geraden Luftschlitze unter einem spitzen Winkel A relativ zu der Längsmittelachse 16 der Brennkammer 10 ausgerichtet sein. In Fig. 9 können die Luftschlitze die Form zweier relativ enger Schlitze 60D oder von Doppelschlitzen annehmen, die eng umfangsmäßig relativ zueinander unter einem Abstand S&sub1; beabstandet sind, wobei der Umfangsabstand S zwischen benachbarten der Doppelschlitze 60D im wesentlichen gleich zu demjenigen der divergenten Luftschlitze 60 ist, die in Fig. 5 gezeigt sind. In Fig. 10 schließlich können die mit 60E bezeichneten Luftschlitze die Ausrichtung unter spitzem Winkel A ihrer Mittellinie, wie in Fig. 8 gezeigt, mit dem divergenten Auslaßteil 60b, wie in Fig. 4 gezeigt ist, kombinieren. Andere Konfigurationen und Kombinationen von Konfigurationen der Luftschlitze 60 können sowohl zum Bereitstellen eines wirksamen thermischen Übergangsansprechens der Flanschverbindung, die am Luftschlitz 60 festgelegt ist, verwendet werden, wie zum Bereitstellen des zweiten Luftteils 42b in die Kammer 56 hinein, um einen wirksamen und in Umfangsrichtung gleichförmigen Kühlluftfilm 42c aus dem Auslaßspalt 54 auszubilden. Die Schlitzgröße, -form und-konfiguration können in geeigneter Weise eingestellt werden, um eine bestimmte Auslegung zu optimieren.
Wie vorstehend angeführt, kann die Brennkammer-Domanordnung 24 dazu konfiguriert sein, einen jeweiligen Auslaßspalt 54 am stromaufwärtigen Ende der Innenfläche der radialen inneren Auskleidung 14 ebenso wie am stromaufwärtigen Ende der Innenfläche der äußeren Auskleidung 12 auszubilden und an beiden strornaufwärtigen Enden der Außenseite des zentralen Körpers 28, um für deren Filmkühlung zu sorgen. Die dabei entstehende Brennkammer-Domanordnung 24 hat ein verringertes Gewicht, eine verringerte Komplexität und verringerte Herstellungskosten im Vergleich zur Verwendung einer herkömmlichen Filmkühlluftstarteinrichtung mit Körpern (Nuggets) und sie beseitigt Kleinloch-Spannungskonzentrationen in Dombereichen hoher Spannung, wie beispielsweise am Scheitel, der das nahegelegene Halterungsplattenende 26a mit dem Halterungsplattenzwischenteil 26c verbindet. Besonders wesentlich ist, daß eine wirksamere Ausnutzung der verdichteten Luft 42 erfolgt, die zunächst sowie getrennt durch sowohl die Pralllöcher 58 wie die Luftschlitze 60 und daraufhin gemeinsam durch die Auslaßspalte 54 geleitet wird, um für eine Filrnkühlung der Brennkammerauskleidungen zu sorgen, die auf die Verbrennungsgase 46 darin gerichtet sind und diese einschließen.
Während vorliegend bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, erschließen sich dem Fachmann weitere Modifikationen der Erfindung aus den vorgebrachten Lehren.

Claims

1. Brennkammer-Domanordnung (24) für eine ringförmige Gasturbinentriebwerks-Brennkammer (10) mit einer Auskleidung (14), die auf Verbrennungsgase gerichtet ist und diese einschließt, enthaltend:

eine ringförmige Halterungsplatte (26) mit einem nahegelegenen Ende (26a), das mit der Auskleidung fest verbunden ist, einem entfernten Ende (26b) und einem Zwischenabschnitt (26c) dazwischen mit mehreren auf dem Umfang im Abstand angeordneten Haltelöchern (30), die jeweils einen entsprechenden Vergaser haltern (32);

mehrere ringförmige Ablenkplatten (52), die jeweils ein nahegelegenes Ende (52a), das koaxial mit einer entsprechenden der Halterungsöffnungen (30) fest verbunden ist, einen erweiterten Zwischenabschnitt, der mit axialem Abstand stromabwärts von dem Zwischenabschnitt (26c) der Halteplatte und radial entfernt von der Auskleidung (14) angeordnet ist, um eine Kammer (56) zu bilden, und ein entferntes Ende (52b) aufweisen, das mit radialem Abstand von der Auskleidung (14) angeordnet ist, um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Auslaßspalt (54) in Strömungsverbindung mit der Kammer (56) zu bilden;

wobei der Zwischenabschnitt (26c) der Halterungsplatte mehrere Prallöcher (58) aufweist, die zwischen den Halterungsöffnungen (30) und dem nahegelegenen Ende (26a) der Halterungsplatte angeordnet sind, zum Leiten von einem ersten Teil (42a) von verdichteter Luft als Pralluft in die Kammer (56), um gegen den Zwischenabschnitt (52c) der Ablenkplatte zu prallen; gekennzeichnet durch:

mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete, axial verlaufende Luftschlitze (60), die zwischen dem nahegelegenen Ende (26a) der Halterungsplatte und der Auskleidung (14) angeordnete sind, zum Leiten eines zweiten Teils (42b) der verdichteten Luft durch diese hindurch und in die Kammer (26) hinein für ein Mischen mit der verbrauchten Pralluft, um einen Kühlluftfilm zu bilden, der sich von dem Auslaßspalt (54) entlang der Auskleidung (14) für eine Filmkühlung derselben erstreckt.

2. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 1, wobei die Prallöcher (58), die Luftschlitze (60) und der Auslaßspalt (54) bemessen und konfiguriert sind für eine Prallkühlung der Ablenkplatte (52) zum Erhöhen des transienten Temperaturansprechverhaltens des nahegelegenen Endes (26a) der Halterungsplatte an der Auskleidung und zur Ausbildung des Kühlluftfilms aus dem Auslaßspalt (54).

3. Brennkarnrner-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei der Zwischenabschnitt (52c) der Ablenkplatte und die Auskleidung (14) zur Ausbildung eines konvergenten Kanals konfiguriert sind zum Beschleunigen der verbrauchten Prallluft und des zweiten Luftteils (42b) aus der Kammer (56) und aus dem Auslaßspalt (54).

4. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei die Luftschlitze (60) zum Verteilen des zweiten Luftteils (42b) konfiguriert sind zur Ausbildung einer in Um fangs.richtung gleichförmigen Strömung des Kühlluftfilms aus dem Luftspalt (54).

5. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei die Luftschlitze (60) jeweils einen divergenten Auslaßabschnitt (60b) aufweisen.

6. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei die Luftschlitze (60) jeweils parallel zu einer longitudinalen Mittelachse (16) der Brenkammer (10) ausgerichtet sind.

7. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei die Luftschlitze (60) jeweils in einem spitzen Winkel relativ zu einer longitudinalen Mittelachse (16) der Brennkammer (10) ausgerichtet sind.

8. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 2, wobei die Luftschlitze (60) in einer Oberfläche der Auskleidung (14) angeordnet sind.

9. Brennkammer-Domanordnung (24) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Ablenkplatten (42) ferner radial verlaufende, in Umfangsrichtung im Abstand angeordnete, gegenüberliegende Seitenkanten aufweisen, die sich in eine Anlage mit dem Zwischenabschnitt (26c) der Halterungsplatte erstrecken, um eine Leckage von verbrauchter Pralluft abzudichten zum Einschließen der verbrauchten Pralluft, damit diese durch die Kammer (56) und aus dem Auslaßspalt (54) strömt.

10. Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 9, soweit er von Anspruch 4 abhängig ist, ferner enthaltend: mehrere mit axialem Abstand angeordnete Reihen von vielen schrägen Löchern (64), die in der Auskleidung (16) stromabwärts von dem Auslaßspalt (54) angeordnet sind, zum Einleiteneines Teils (42c) der verdichteten Luft in die Brennkammer für eine Filmkühlung ihrer Auskleidung (14);

wobei der Kühlluftfilm zum Starten der Filmkühlung von den Mehrlochreihen (64) wirksam ist.

11. Verfahren zum Starten einer Filmkühlung in einer Brennkammer-Domanordnung (24) nach Anspruch 1 und ferner mit mehreren mit axialem Abstand angeordneten Reihen, die viele schräge Löcher (64) aufweisen, die in der Auskleidung (14) stromabwärts von dem Auslaßspalt (54) angeordnet sind, zum Einleiten eines Teils der verdichteten Luft in die Brennkammer für eine Filmkühlung ihrer Auskleidung (14);

wobei das Starten der Filmkühlung aus den Viellochreihen (64) enthält:

Einleiten des ersten Luftteils (42a) durch die Prallöcher (58) für einen Aufprall gegen den Zwischenabschnitt (26c) der Ablenkplatte, um verbrauchte Pralluft zu bilden; Leiten des zweiten Luftteils (42b) durch die Luftschlitze (60);

Mischen der verbrauchten Pralluft mit dem zweiten Luftteil (42b) aus den Luftschlitzen (60) in der Kammer (56); und

Ausstoßen der gemischten verbrauchten Pralluft und des zweiten Luftteils (42)b) durch den Auslaßspalt (54) aus dem Kühlluftfilm, um die Filmkühlung aus den Viellochreihen (64) zu starten.