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Beim
Bau neuer Turbotriebwerke für
Flugzeuge zieht man zur Verringerung der Luftverschmutzung in Betracht,
ringförmige,
Brennkammern mit zwei Köpfen
vorzusehen, wobei der eine Kopf, Pilotkopf genannt, in verlangsamten
und Vollgas-Bereichen arbeitet, und der andere, Ablösekopf genannt, im
Vollgas-Bereich arbeitet.
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In
dem Gesamtraum der Brennkammer sind die beiden Köpfe im Kammerboden durch einen Ring,
Trennring genannt, begrenzt und bilden so zwei konzentrische Ringe.
Dieser Trennring stellt beim Aufbau der Kammer ein kritisches Element
dar, da er bei Betrieb der Kammer Längs- und Tangentialbelastungen
ausgesetzt ist.
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Zu
dem Zweck, diese Belastungen zu beseitigen, wird der Trennring aus
mehreren Sektoren gebildet, die auf der Umfangslinie in einem bestimmten Abstand
von einander angeordnet sind.
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Jeder
Sektor wird durch Umwälzung
von Luft gekühlt,
welche in die Sektoren eintritt und durch mehrere Öffnungen
hindurch durch Wände
in die Köpfe
austritt, wobei ein solcher Ring in der Schrift EP-A-564170 dargestellt
ist.
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Bei
Betrieb sind die Außenwände des
Trennrings sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, zudem unterstützen die
Umfangs-Schnittstellen dieser Trennringe eine Umwälzung der
heißen
Gase zwischen den beiden Köpfen.
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Die
Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, einen Wärmeschutz für die Außenwände der Sektoren zu schaffen
und die Umwälzung
der Gase zwischen den beiden Köpfen
zu verhindern.
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Daher
betrifft diese Erfindung eine ringförmige Brennkammer mit zwei
konzentrischen Köpfen, die
radial zueinander versetzt sind und im Kammerboden durch einen Gas-Trennring
begrenzt sind, wobei einer der Köpfe,
Pilotkopf genannt, im verlangsamten und im Vollgas-Bereich arbeitet,
wobei der Trennring mehrere Elementarsektoren aufweist, die auf
der Umfangslinie in einem bestimmten Abstand von einander angeordnet
sind, wobei jeder Sektor als ein länglicher, hohler Körper ausgebildet
ist, der durch Umwälzung
von Luft gekühlt
wird, welche von stromaufwärts
des Kammerbodens kommt, in diesen Sektor eintritt und durch mehrere Öffnungen
hindurch durch Wände
dieses Sektors in die beiden Köpfe austritt.
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Diese
Brennkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass diese Sektoren thermisch
durch zwei Folgen von Belägen
geschützt
sind, die die oberen bzw. die unteren Wände der Sektoren bedecken,
wobei die Beläge
dieser Folgen auf zwei benachbarten Sektoren aufsitzend und mit
Abstand zu den Wänden angeordnet
sind, damit Kühlluft
in dem so gebildeten Raum zirkulieren kann, wobei Öffnungen
in den Belägen
ausgebildet sind, um das Entweichen der Kühlluft in die beiden Köpfe zu ermöglichen.
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Es
wurden folgende vorteilhafte Anordnungen vorgesehen:
- – jeder
Sektor weist an seinem stromabseitigen Ende eine Rille und nahe
dem stromaufseitigen Ende seiner oberen und unteren Wand eine Außenrippe
auf, die mit den Blechen des Kammerbodens eine Rille begrenzt;
- – jeder
Belag weist an seinem stromabseitigen Ende einen Haken und an seinem
stromaufseitigen Ende eine Innenrippe auf, wobei dieser Haken und
diese Rippe dazu bestimmt sind, in den Rillen der Sektoren aufgenommen
zu werden;
- – die
stromaufseitigen Enden der Beläge
sind zwischen den Wänden
der Sektoren und den Blechen des Kammerbodens angeordnet, wobei
letztere entsprechend konform ausgebildet sind;
- – die
Rippen der Sektoren weisen Ausnehmungen auf, in denen Rasten eingreifen,
die an den Innenseiten der Beläge
gebildet sind, um den Halt der Beläge an der Umfangslinie gegenüber den
Sektoren zu gewährleisten;
- – zwischen
den Haken der Beläge
und den Böden der
Rillen an den stromabseitigen Enden der Sektoren besteht ein Spiel,
um die axiale Verschiebung dieser Elemente zu ermöglichen;
- – auf
den Belägen
ist eine Zirkonatschicht aufgetragen, so dass eine Wärmesperre
geschaffen ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
hervor, die als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erfolgt, wobei
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1 in
einem axialen Halbschnitt den mittleren Teil eines Kammerbodens
einer Brennkammer mit zwei Köpfen
gemäß dieser
Erfindung zeigt,
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2 den
Trennring in einer Evolvente eines Schnitts gemäß der Linie II-II von 1 zeigt.
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1 zeigt
einen Verbrennungsraum 1 einer Brennkammer mit zwei Gasturbinen-Köpfen, der
von einer ringförmigen
Außenwand
und einer ringförmigen
Innenwand, welche symmetrisch um eine gemeinsame Achse umlaufend
ausgebildet sind, sowie von einem Kammerboden 2, der die
stromabseitigen Enden der beiden ringförmigen Wände miteinander verbindet,
begrenzt ist und in der Figur teilweise zusammengebaut ist.
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Der
Kammerboden 2 ist mit zwei Gruppen von Brennstoffeinspritzdüsen ausgerüstet, welche auf
konzentrischen, ringförmigen
Kränzen
von unterschiedlichen Durchmessern verteilt angeordnet sind.
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Die
Einspritzdüsen
der äußeren Gruppe
verlaufen durch Bohrungen 3 mit der Achse Y1, die in dem
Kammerboden 2 ausgeführt
sind, und wirken für die
Verbrennung des Brennstoffs mit Luftdurchlässen zusammen, die durch den
Boden 2 und die Wände des
Raums 1 hindurch verlaufen. Diese näher an der Außenwand
liegenden Brennstoffeinspritzdüsen
sind dazu bestimmt, im verlangsamten Drehzahlenbereich alleine in
Betrieb zu sein, und stellen die Brennstoffeinspritzdüsen des
Pilotkopfs dar.
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Die
Einspritzdüsen
der inneren Gruppe verlaufen ebenfalls durch Bohrungen 4 mit
der Achse Y2, die in dem Kammerboden 2 ausgeführt sind,
und sind dazu bestimmt, im Vollgas-Bereich bzw. beim Abheben eines
mit dieser Gasturbine ausgerüsteten Flugzeugs
vom Boden zu arbeiten.
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Zwischen
den beiden Gruppen von Einspritzdüsen ist eine allgemein ringförmige Gas-Trenneinrichtung 10,
die am Kammerboden 2 befestigt ist, angeordnet. Diese Trenneinrichtung 10 ragt
vom Kammerboden 2 aus ins Innere des Verbrennungsraums 1.
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Wie
aus den Zeichnungen hervorgeht, ist die Gas-Trenneinrichtung 10 aus
mehreren länglichen, hohlen
Elementarsektoren 11, die auf der Umfangslinie in einem
bestimmten Abstand x von einander angeordnet sind und jeweils an
Blechen 12, 13 des Kammerbodens 2 mit
Befestigungsmitteln 14 angebracht sind, die getrennt von
denen der anderen Sektoren bestehen.
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Dazu
sind die Bleche 12, 13 des Kammerbodens 2 dergestalt
geformt, dass sie auf der Seite zum Verbrennungsraum 1 hin
eine ringförmige
Rille 15 mit dem Querschnitt eines um 90° gekippten
U bilden, an deren Boden sich der stromaufseitige Teil 16 jedes Elementarsektores 11 in
Eingriff befindet.
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Jeder
Elementarsektor 11 weist zusätzlich zu dem stromaufseitigen
Teil 16 mit dem Querschnitt eines um 90° gekippten U, der sich am Boden
der Rille 15 des Kammerbodens 2 in Eingriff befindet,
eine obere Wand 17 und eine untere Wand 18 auf,
die sich an ihren stromabseitigen Enden 19 vereinen, so
dass sie in dem Verbrennungsraum 1 einen Winkel bilden, und
deren stromaufseitige Enden 20 und 21 mit den Flügeln des
stromaufseitigen Teils 16 über Verbindungswände 22 bzw. 23 verbunden
sind, welche Absätze
dergestalt bilden, dass sich die stromaufseitigen Teile der oberen
und unteren Wände 17 und 18 in
Abstand von den Blechen 12 bzw. 13 befinden und zusammen
mit diesen ringförmige
Räume 24, 25 umgrenzen.
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Die
obere Wand 17 weist in dem ringförmigen Raum 24 eine
Außenrippe 26 auf,
die parallel zu der Verbindungswand 22 verläuft und
zusammen mit der Verbindungswand 22 und dem Blech 12 eine
Rille 27 bildet.
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Desgleichen
weist die untere Wand 18 in dem ringförmigen Raum 25 eine
Außenrippe 28 auf, die
parallel zu der Verbindungswand 23 verläuft und zusammen mit letzterer
und dem Blech 13 eine Rille 29 bildet.
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Das
stromabseitige Ende 19, an dem sich obere Wand 17 und
die untere Wand 18 vereinen, weist ebenfalls eine Rille 30 auf,
die in der vom Kammerboden 2 abgewandten Richtung geöffnet ist.
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Zwei
Seitenwände 31, 32 verschließen die auf
der Umfangslinie liegenden Enden jedes Elementarsektors 11.
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Der
stromaufseitige Teil 16 jedes Elementarsektors 11 und
die Bleche 12 und 13 des Kammerbodens 2 weisen
aneinander anschließend
Bohrungen 33 zur Entnahme von Kühlluft stromaufwärts des Kammerbodens 2 auf,
wobei diese Kühlluft
im Inneren des Sektors 11 zirkuliert und durch mehrere Öffnungen 34 in
der oberen Wand 17 und der unteren Wand 18 zum
Verbrennungsraum 1 hin austritt.
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Die
oberen Wände 17 der
Elementarsektoren 11 sind durch eine erste Folge von Belägen 40, die
jeweils auf zwei benachbarten Sektoren 11a, 11b aufsitzend
angeordnet sind, thermisch geschützt,
wie in 2 zu sehen ist.
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Ebenso
sind die unteren Wände l8 der
Elementarsektoren 11 durch eine zweite Folge von Belägen 41 bedeckt,
die jeweils auf zwei benachbarten Sektoren 11a, 11b aufsitzend
angeordnet sind.
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Die
Beläge 40, 41 weisen
jeweils an ihrem stromabseitigen Ende einen Haken 42 bzw. 43 auf, der
zum Kammerboden hin gerichtet ist. Die Haken 42, 43 von
zwei auf den gleichen Sektoren 11a, 11b aufsitzend
angeordneten Belägen 40, 41 sind
dazu vorgesehen, mit Spiel und aneinanderliegend in den Rillen 30 aufgenommen
zu werden, die an den stromabseitigen Enden dieser beiden Sektoren 11a, 11b ausgebildet
sind.
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Ferner
weisen die Beläge 40, 41 an
ihren stromaufseitigen Enden Rippen 44, 45 auf,
die an ihren Innenseiten angeordnet sind und dazu vorgesehen sind,
sich in die am Boden des äußeren ringförmigen Raums 24 und
des inneren ringförmigen Raums 25 vorgesehenen
Rillen 27 bzw. 29 einzufügen.
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Die
Höhen der
Rippen 26 und 44, 28 und 45 sowie
die Stärken
der Wände
der Beläge 40 und 41 sind
daraufhin berechnet, dass die stromaufseitigen Enden der Beläge 40 und 41 in
Sandwich-Anordnung zwischen den Blechen 12, 13 und
den Elementarsektoren 11 liegen.
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Ferner
werden die Innenseiten der Beläge 40, 41 in
einem Abstand von der oberen Wand 17 bzw. der unteren Wand 18 gehalten,
der im Wesentlichen gleich der Stärke der Außenrippen 26, 28 ist, damit
die durch die Öffnungen 34 austretende
Kühlluft
in den Zwischenräumen 46, 47,
die zwischen den Belägen 40, 41 und
Wänden 17, 18 der
Elementarsektoren 11 vorgesehen ist, zirkulieren kann.
Diese Kühlluft
tritt sodann durch Öffnungen 48, 49 in
den Belägen 40, 41 sowie
durch eine Mehrfachperforation 50 durch die Stärke der
Beläge 40, 41 aus.
Die Zwischenräume 46, 47 sind
in Umfangsrichtung durch Beläge-Rücksprünge 51, 52,
die an den Außenseiten
der oberen und unteren Wände 17 bzw. 18 der
benachbarten Sektoren 11a, 11b anliegen.
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Auf
den Belägen 40, 41 ist
eine Zirkonatschicht aufgetragen, so dass eine Wärmesperre geschaffen wird.
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Der
Halt der Beläge 40, 41 an
der Umfangslinie gegenüber
den Sektoren 11 wird durch Rasten 53, 54 gewährleistet,
die fest mit den Innenseiten der Beläge 40, 41 verbunden
sind und in Ausnehmungen eingreifen, die in den Zeichnungen nicht
dargestellt sind, und die in den Außenrippen 26, 28 der
Sektoren 11 ausgebildet sind.
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Die
Anbringung der Beläge 40, 41 erfolgt
folgendermaßen:
- – die
Sektoren 11 des Trennrings werden in Richtung der Umfangslinie
auf einem Einbauwerkzeug positioniert;
- – sodann
werden die Beläge 40, 41 in
Achsrichtung dergestalt herangeführt,
dass die Haken 42, 43 in die stromabseitige Rille 30 der
Sektoren 11 und die Rasten 53, 54 in
die Ausnehmungen in den Außenrippen 26, 28 der
Sektoren 11 eingreifen; die Rippen 44, 45 der
Beläge 40, 41 greifen elastisch
in die Rillen 27, 29 der Sektoren 11 ein.
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Der
stromaufseitige Teil der so hergestellten Gesamtanordnung wird in
die von den Blechen 12 und 13 gebildete Rille 15 des
Kammerbodens 2 eingesetzt und wird dort mit Befestigungsmitteln 14 befestigt.
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Durch
die Beläge 40, 41 auf
den Sektoren 11 des Gas-Trennrings kann die Kühlung des Gas-Trennrings wirkungsvoller
gemacht werden, und ihre Anordnung dergestalt, dass sie auf zwei
benachbarten Sektoren aufsitzen, gewährleistet die Gasdichtigkeit
zwischen den Sektoren 11, aus denen sich der Gas-Trennring 10 zusammensetzt.
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[Anmerkung
des Übersetzers:
Die mit der europäischen
Patentschrift veröffentlichten
deutschsprachigen Ansprüche
enthalten Fehler, die in den beigefügten Ansprüchen berichtigt sind.]