DE759567C - Aus Metall hergestellte Brennkammer zur Erzeugung von Heiz- und Treibgasen maessiger Temperatur - Google Patents

Description

• Aus Metall hergestellte Brennkammer zur Erzeugung von Heiz- und Treibgasen mäßiger Temperatur Es werden für Heiz- und Treibzwecke häufig Gase mäßiger Temperatur benötigt, die sich unter gewissen Voraussetzungen in Brennkammern herstellen lassen, die ganz aus Metall, also ohne Verwendung keramischer Baustoffe, gefertigt sind. Die verlangte mäßige Temperatur (etwa q.oo bis 700° C) wird dabei nicht etwa dadurch erhalten, daß man den Brennstoff mit großen Luftüberschüssen verbrennt, da zu große Luftüberschüsse schlechte Verbrennung, Rauchen und leichtes Ausgehen der Flamme zur Folge haben. Man muß vielmehr den günstigsten, d. h. einen meist recht niedrigen Luftüberschuß wählen und den Brenngasen allmählich so viel Luft beimischen, bis die verlangte Heiz- oder Treibgastemperatur erhalten wird. Trotz der hohen Temperatur, die die Flamme bei niedrigem Luftüberschuß entwickelt, kann die Brennkammer aus Metall hergestellt und auf jedes besondere Kühlmittel, wie Wasser, verzichtet werden, wenn man zur Wandkühlung das Mittel verwendet, das nachher auch zur Kühlung der Brenngase dienen soll.
• Eine derartige Brennkammer besteht zweckmäß-igerweise aus einer Innenwand, die aus hitzebeständigem Blech gefertigt ist, und aus einer die Innenwand konzentrisch umgebenden Außenwand, die der Kammer die nötige Baufestigkeit erteilt. Zwischen Innen-und Außenwand wird Luft oder sonstiges Kühlgas geleitet, die die Innenwand kühlt, sich hierauf mit den Brenngasen mischt und mit diesen das Heiz- oder Treibmittel mäßiger Temperatur bildet.
• Um eine genügende Kühlung der Innenwand zu erhalten, ist es nötig, das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit an der Wand vorbeizuführen, so daß seine Wärmeaufnahmefähigkeit eine große wird, es muß ferner die die eine Seite des Kühlluftkanals bildende innere Brennkammerwand so beschaffen sein, daß sie auch unter dem Einfluß der Wärmedehnungen die gleichmäßige Verteilung der Kühlmittelmenge und ihre Geschwindigkeit sicherstellt. Während hierfür bei kleinen Brennkammern die Ausführung des inneren Mantels als einfacher, mit einigen radialen Abstützungen versehener Zylinder hinreicht, hat sich ergeben, daß bei größeren, z. B. mehr als 4 Millionen kcal je Stunde umsetzenden Brennkammern besondere Maßnahmen zu treffen sind. Zwar sind auch Brennkammern mit Innen- und Außenwand bekannt, bei denen ein Teil der Kühlluft durch düsenartige Schlitze der Innenwand in die Brennkammer eintritt und dort an dieser Innenwand entlang strömt. Eine solche Bauart ist aber für größere Ausführungen ungenügend, da es nicht gelingt, die an die Innenwand abstrahlende Wärme abzuführen, es sei denn durch Verwendung außerordentlich hoher Geschwindigkeiten und großer Kühlluftmengen. Da solche Mengen nicht zur Verfügung stehen und hohe Druckverluste unbedingt vermieden werden müssen, wird eine Lösung gemäß der Erfindung vorgeschlagen.
• Diese betrifft eine Brennkammer zur Herstellung von Heiz- oder Treibgasen mäßiger Temperatur, die aus einer aus hitzebeständigem Blech gefertigten Innen- und einer balifesten Außenwand besteht, zwischen welchen beiden Wänden Kühlluft oder Kühlgase geführt werden und deren innere Bremikammerwand erfindungsgemäß aus einer größeren Anzahl von kurzen, aneinander anschließenden oder sich auch auf kurzer Strecke überdeckenden Kanälen gebildet ist, die vom Kühlmittel, das aus dem Raum zwischen innerer und äußerer Brennkammerwand mit kleiner Geschwindigkeit zufließt, mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden.
• Es wird hierdurch i. der Druckverlust vermindert, 2. die innere Wand starkgekühlt, 3. die von der innersten auf die mittlere Wand abgestrahlte Wärme ebenfalls, und zwar beidseitig abgeführt, 4. die an die Außenwand und die übrige Kühlluft übergehende Wärme fast auf Null vermindert. Es behält deshalb die gesamte Brennkammer trotz hoher Innentemperatur ihre bauliche Festigkeit.
• Durch die Aufteilung der inneren Wand in mehrere Teile wird es möglich, Formänderungen durch Wärmedehnungen so weit herabzusetzen, daß der erforderliche Durchtrittsquerschnitt für eine gegebene Menge Kühlmittel erhalten bleibt und ferner die Strombahnlänge eines jeden Kühlkanals so kurz wird, daß der zu überwindende Strömungswiderstand ein kleinstes Maß erreicht. Es ist nämlich besonders zu beachten, daß bei einer Reihe von Anwendungsfällen, z. B. für Gasturbinenbrennkammern, der Druckabfall der Kühlluft nur sehr niedrig sein darf, um nicht durch die Wandkühlung zu viel an Wirkungsgrad einzubüßen.
• In den Abbildungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer Brennkammer gemäß der Erfindung dargestellt.
• Fig. i zeigt als Beispiel die Brennkammer zu einer Gasturbine. Die Luft wird bei i zugeführt, sie spaltet sich im Brennkammerkopf 2 in zwei Teile. Ein Teil geht als Brennluft mit dem durch Brennstoffdüse 3 eingeführten Brennstoff in die eigentliche Brennkammer 4, der größere Teil der Luft ist dagegen Kühlluft, der in den Raum 5, der durch die innere Brennkammerwand 6 und die äußere Brennkammerwand 7 gebildet wird, strömt. Die innere Brennkammerwand 6 besteht nun erfindungsgemäß aus einer größeren Zahl Kanälen 8, die z. B. durch kegelförmige Blechkörper gebildet werden, die derartig ineinandergeschoben sind, daß zwischen den einzelnen Kegeln Ringspalte übrigbleiben, durch welche das aus dem Raum 5 zufließende Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit hindurchströmt. Wie die Fig.2 und 3 zeigen. werden die einzelnen Kegel so aufgehängt, daß sie sich frei ausdehnen können. Es können hierzu entweder wie in Fig. 2 und 3 lockere Gelenke io oder wie in Fig. 4 biegsame Blechstreifen io' oder wie in Fig. 5 und 6 radial stehende, in Gleitschienen i i ruhende Bleche 12 verwendet «-erden.
• Der Abstand zweier Kegel voneinander und damit deren Zentrierung und Kanalweite wird durch Rippen 13 gewährleistet. Es ist zweckmäßig, die einzelnen Kegel sich so weit überdecken zu lassen, daß die innere Brenn= kammerwand über ihre ganze Länge aus beiderseits geschlossenen Kanälen besteht, so daß die Gegenseite des von der Flamme bestrahlten Kegels überall von rasch strömendem Kühlmittel bespült wird. Bei weniger belasteten Kammern, vor allein bei Brennstoffen mit geringem Strahlungswert, könnte die Überdeckung auch weniger weit gehen, indem angenommen «-erden kann, daß die Leitfähigkeit des Bleches hinreicht, um auch solche Teile der Wand kühl zu halten, an denen das Kühlmittel mit mäßiger Geschwindigkeit vorbeibewegt wird. In dem Raum 5 erhält das Kühlmittel in jedem Falle mäßige Geschwindigkeit, um größere Druckverluste zu vermeiden. Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Bauweise besteht in der Möglichkeit, das Kühlmittel mit geringer Geschwindigkeit zuzuführen und es erst für die kurze Wegstrecke zu beschleunigen, auf der es kühlen soll.
• Um Verbeulungen der Innenwand durch hohe Erhitzung noch besser zu begegnen, kann dieselbe, wie in Fig. 5 gezeigt, selbst wieder aus mehreren Teilen, z. B. übereinandergeschobenen Kegeln 14, bestehen. Auch eine Unterteilung des einzelnen Kegelumfanges wäre möglich, wobei das dachziegelartige Übereinandergreifen also nicht nur von Kegel zu Kegel, sondern auch von Kegelsegment zu Kegelsegment stattfindet. An Stelle der Kegelform könnten die einzelnen Ringe 15 auch Zylinderform erhalten und abgestuft sein, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkammer, die aus einer aus hitzebeständigem Blech gefertigten Innen- und einer baufesten Außenwand besteht und bei welcher zwischen den beiden Wänden Kühlluft oder -gas geführt und diese zwecks Herstellung von Heiz- oder Treibgasen mäßiger Temperatur mit den Brenngasen gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Brennkammerwand aus einer größeren Anzahl von kurzen, aneinander anschließenden oder sich auch auf kurzer Strecke überdeckenden Kanälen gebildet ist, die von dem Kühlmittel, das aus dem Raum zwischen innerer und äußerer Brennkammerwand mit kleiner Geschwindigkeit zufließt, mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden. z. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Innenwand bildenden Kanäle gelenkig aufgehängt sind und dachziegelartig übereinaridergreifen, so daß sie sich unter dem Einfluß der Wärme frei ausdehnen können. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 398 795, 695 838; österreichische Patentschrift Nr. 114 728; französische Patentschriften N r. 813 912, 845309.