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Flammrohr von Brennkammern, insbesondere für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung betrifft Flammrohre von Brennkammern, insbesondere zur Verwendung
in Gasturbinentriebwerken.
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Die Entwicklung der Gasturbinen hat es mit sich gebracht, daß die
Brennkammern mit Einrichtungen versehen werden müssen, die eine Kühlung der Wände
ermöglichen, um ein durch die in den Brennkammern erzeugte starke Hitze hervorgerufenes
Verziehen oder Beschädigen zu vermeiden. Zu diesem Zweck hat man die Flammrohre
gewöhnlich mit allseitigem Spiel in der Brennkammer angeordnet und durch den so
entstehenden Ringraum einen Luftstrom geführt, der die Flammrohrwände kühlt. Außerdem
hat man einen Luftfilm über die Innenseite der Flammrohrwände geführt, um diese
in gewissem Grade gegen die Verbrennungswärme zu isolieren. Eine bekannte Flammrohrbauart
weist mehrere gleichachsige, hintereinander angeordnete Ringteile auf, deren Eintrittsquerschnitt
jeweils größer als der Austrittsquerschnitt der in Richtung zum Eintrittsende des
Flammrohres vor ihnen liegenden Ringteile ist. Die Ränder der benachbarten Ringteile-greifen
dabei etwas übereinander und werden durch Abstandsstücke, die in dein Ringspalt
zwischen den übereinandergreifenden Rändern der Ringteile angeordnet sind, in der
richtigen Lage zueinander gehalten. Auf diese Weise können von dem außen über das
Flammrohr streichenden Kühlluftstrom Teilströme abgezweigt werden, die die Innenwand
der einzelnen Ringteile bestreichen.
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Gemäß einem älteren Vorschlag sind auf den Umfang zum mindesten des
einen der übereinandergreifenden Ränder der Ringteile verteilt
mehrere
Öffnungen vorgesehen sowie Abstandsstücke aus Blech, das wesentlich dünner als die
Weite des Ringspaltes ist. Die Hauptflächen dieser Abstandsstücke liegen im wesentlichen
parallel zur Längsachse des Flammrohres, so daß die Abstandsstücke der durch den
Ringspalt strömenden Luft nur eine Kante entgegensetzen. Jedes Abstandsstück ist
an dem mit den Öffnungen versehenen Ringteil mindestens an einer Seite der Öffnung
befestigt und an dem anderen Ringteil der Öffnung gegenüber befestigt, durch die
das Abstandsstück zum Zweck der Erleichterung seiner Befestigung an dem anderen
Ringteil zugänglich ist.
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Man erkennt, daß bei dieser Bauart der durch den Spalt hindurchgehende
Luftstrom nur durch die Kantenstärke der Abstandsstücke behindert wird, und diese
Kante erstreckt sich teils quer über den Spalt und teils entlang seiner Wand. Bei
diesen letzteren Teilen der Abstandsstücke handelt es sich um diejenigen, welche
an dem anderen Ringteil befestigt sind. Die quer über den Spalt verlaufenden Teile
der Abstandsstücke haben als Streben die notwendige Aufgabe zu erfüllen, die Ringteile
im Abstand voneinander zu halten, und ihre Anordnung in dem Luftstrom ist daher
unvermeidbar. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile bewirken aber eine unerwünschte
Beschränkung des Durchtrittsquerschnitts und sollen daher nach Möglichkeit vermieden
werden. Die Weite des in Frage kommenden Ringspaltes beträgt etwa 1,6 mm. Man erkennt
daraus, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile der Abstandsstücke einen erheblichen
Anteil der Spaltfläche ausmachen, wenn man -nicht Blech von praktisch nicht in Frage
kommender geringer Stärke verwendet.
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Zweck der Erfindung ist es daher, die durch diese in Umfangsrichtung
verlaufenden Teile der Abstandsstücke hervorgerufene Behinderung des Luftstroms
zu vermeiden, so daß der Spalt einzig und allein durch die quer über den Spalt verlaufenden,
als Streben wirkenden Teile behindert wird. Weitere vorteilhafte Ausbildungen und
Wirkungen gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
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Die beabsichtigte Wirkung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß
die Befestigung der Abstandsstücke zum mindesten an einem der Ringteile in einer
Ausnehmung dieses Ringteils erfolgt, deren Tiefe mindestens so groß wie die Dicke
des Blechs ist, aus dem die Abstandsstücke hergestellt sind.
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In der Zeichnung ist die .Erfindung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i@ einen Längsschnitt durch eine Brennkammer, aus dem das übereinandergreifen
der Ringteile erkennbar ist, Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der in Fig.
i dargestellten Abstandsstücke in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 und 4 perspektivische
Teilansichten anders ausgebildeter Abstandsstücke.
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In der Zeichnung ist eine rohrförmige Brennkammer dargestellt; doch
ist es ohne weiteres klar, daß sich die Erfindung auch bei Brennkammern mit ringförmigem
Querschnitt anwenden läßt und daß die allgemeine äußere Gestalt der Brennkammer
keinen Einfluß auf die Erfindung hat.
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Wie aus Fig. i ersichtlich ist, ist das Flammrohr io so in dem Gehäuse
i i angeordnet, daß die am vorderen Ende der Brennkammer einströmende Luft (s. die
Pfeile) durch den Ringraum zwischen diesen beiden Teilen hindurchströmen kann. Das
Flammrohr besteht aus mehreren gleichachsig angeordneten, im wesentlichen zylindrischen
Ringteilen 12, 13 und 14, und dort, wo benachbarte Ringteile mit ihren Rändern übereinandergreifen,
ist der Durchmesser des dem Einlaßende der Brennkammer näher liegenden Ringteils
kleiner als der Durchmesser des dem Einlaßende entfernter liegenden Ringteils. Auf
diese Weise entstehen zwischen den übereinandergreifenden Rändern der Ringteile
Ringspalte 15, durch die Kühlluft zu den Innenflächen der Ringteile gelangen kann.
Die Spalte werden durch Abstandsstücke 16, die die einzelnen Ringteile im gewünschten
Abstand voneinander halten, bestimmt.
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Fig. 2 zeigt ein typisches Abstandsstück 16, das hier zwischen den
Ringteilen 12 und 13 liegt. Ein in Umfangsrichtung vorgesehener Schlitz 17 mit gut
abgerundeten Enden ist in einigem Abstand von der Kante 18 des Ringteils 12 eingeschnitten,
über den sich der einen größeren Durchmesser aufweisende Rand des Ringteils 13 schiebt.
Der Blechstreifen, der auf diese Weise zwischen dem Schlitz 17 und der Kante 18
entsteht, ist nach außen gedrückt und bildet dadurch ein etwa U-förmiges Abstandsstück
16, das die Verbindung mit dem Ringteil 13. herstellt. Der Teil der Wand des Ringteils
13, der mit dem Abstandsstück 16 in Berührung steht, ist ebenfalls nach außen gedrückt
und bildet eine Delle i9, deren innere Tiefe mindestens so groß wie die Stärke des
Blechs ist, aus dem der Ringteil 12 besteht. In der Praxis empfiehlt es sich, die
Fläche der Delle i9 etwas größer als die Berührungsfläche mit deminUmfangsrichtung
liegenden Teil des Abstandsstückes zu machen. Diese Vorsichtsmaßnahme macht eine
allzu genaue Anordnung der Abstandsstücke und der Dellen bei der Herstellung der
Ringteile unnötig und gibt einige Toleranz für Herstellungsfehler. Die Abstandsstücke
können in den Dellen durch Schweißen, Nieten oder andere Verbindungsverfahren, die
an der in der Zeichnung durch das Kreuz 2o angedeuteten Stelle angewendet werden,
befestigt werden. Mittels mehrerer solcher in der Nähe der Kante 18 angeordneter
Abstandsstücke 16 wird der Rand des größeren Ringteils 13 in richtiger radialer
und axialer Lage zu dem kleineren Ringteil 12 gehalten.
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Aus dem Gesagten geht die Wirkungsweise der verbesserten Bauart klar
hervor. Die in der Richtung des Pfeils A anströmende Kühlluft tritt in den Ringspalt
15 ein, und ihr Durchgang ist durch die sich quer über den Ringspalt erstreckenden
Teile der Abstandsstücke nur wenig behindert. Die Luft tritt so in den Ringteil
13 ein und bewirkt eine wirksame Kühlung des in Strömungsrichtung
hinter
dem Spalt liegenden Teils der Innenfläche dieses Ringteils. Die in Umfangsrichtung
liegenden Teile der Abstandsstücke 16, die sich in die Innenseite der Dellen z9
einlegen, liegen mit der Innenfläche des Ringteils 13 bündig und bieten daher der
durch den Ringspalt strömenden Kühlluft keinen zusätzlichen Widerstand.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
Hier sind die Dellen i9 der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform durch einen ringsum
laufenden erweiterten Rand 21 des Ringteils 13 ersetzt, der durch eine Kröpfung
22 gebildet wird. Die durch die Kröpfung entstehende Versetzung ist natürlich die
gleiche wie die Tiefe der Dellen i9, so daß die in Umfangsrichtung verlaufenden,
an dem Rand befestigten Teile der Abstandsstücke 16 wieder mit der Innenfläche des
Ringteils 13 bündig liegen.
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Bei der in Fig. 4. dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
der Ringteil 13 nicht nach außen gedrückt oder gekröpft, sondern er trägt einen
übergeschobenen Blechring 23, der eine Verlängerung des Ringteils bildet. Die Abstandsstücke
sind hierbei durch Befestigungsmittel 2o unmittelbar mit dem Blechring 23 verbunden,
so daß die Verbindungsfläche zwischen dem Blechring und dem in Umfangsrichtung verlaufenden
Teil der Abstandsstücke 16 mit der Außenfläche des Ringteils 13 bündig liegt. Ist
die Stärke des Blechs, aus dem der Ringteil 13. gefertigt ist, die gleiche wie die
des Blechs, aus dem der Ringteil 12 und die einen Teil dieses Ringteils bildenden
Abstandsstücke 16 bestehen, so liegt die Innenfläche des in Umfangsrichtung verlaufenden
Teils der Abstandsstücke mit der Innenfläche des Ringteils 13 bündig, und es ergibt
sich die gleiche vorteilhafte Wirkung wie bei den beiden vorher beschriebenen Konstruktionen.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei den in Fig. 3 und i, dargestellten
Ausführungsformen die Abstandsstücke 16 nicht am äußersten Rand des Ringteils 12
vorgesehen sind, sondern weiter innerhalb zwischen Schlitzen 17 und weiteren Schlitzen
I a nach außen gedrückt sind, so daß ein schmaler 7 gedrückt durchgehender Streifen
nicht verformten Blechs zwischen den Schlitzen 17a und der Kante 18 des Ringteils
12 verbleibt. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Bauarten der in Fig.
3 und ,4 gezeigten Art, um ein weitergehendes übereinandergreifen der Ringteile
zu erzielen, und zwar nicht so sehr an den Abstandsstücken als zwischen ihnen. Denn
die Anordnung des abgekröpften Randes 21 oder des aufgesetzten Blechringes 23 bringt
eine unerwünschte - Vergrößerung der Weite des Ringspaltes 15 an den Stellen mit
sich, an denen sie nicht unmittelbar zur Aufnahme des in Umfangsrichtung verlaufenden
Teils der Abstandsstücke dienen.
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Es ist klar, daß die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung nur bevorzugte Beispiele sind und daß ähnliche Ergebnisse dadurch
erzielt werden können, daß die Abstandsstücke in dem äußeren Ringteil 13 vorgesehen
und nach innen gegen den inneren Ringteil 12, gedrückt werden. In diesem Falle werden
die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile der Abstandsstücke natürlich in nach innen
gerichteten Dellen des Ringteils 12 oder an einem nach innen gekröpften Rand oder
einem auf der Innenseite dieses Ringteils angebrachten Blechring befestigt, der
sich über die Kante 18 erstreckt.
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Ebenso kann die Erfindung bei allen anderen Ausführungsformen von
Abstandsstücken angewendet werden, bei denen die Hauptfläche im wesentlichen parallel
zur Strömungsrichtung der Kühlluft liegt, also auch bei Abstandsstücken, die gesondert
von den Ringteilen hergestellt und dann mit beiden übereinandergreifenden Ringteilen
verbunden werden müssen, wie z. B. bei einem in den Ringspalt eingelegten gewellten
Blechstreifen, der abwechselnd an dem einen und dem anderen Ringteil befestigt wird.
In diesen Fällen sind dann in beiden Ringteilen Dellen oder ringförmige Abkröpfungen
vorzusehen, in die sich die in Umfangsrichtung verlaufenden Teile der Abstandsstücke
hineinlegen und dort befestigt werden. Ebenso ist die Erfindung auf Abstandsstücke
anwendbar, die als Zungen von dem einen Ringteil abstehen und mit dem freien Ende
an dem anderen befestigt werden.
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Außerdem soll die Anwendung der Erfindung nicht auf Flammrohre mit
kreisförmigem Querschnitt beschränkt sein, und obwohl die Schlitze 17 und 17a immer
als in Umfangsrichtung verlaufend beschrieben wurden, so ist doch daraus nicht unbedingt
die Folgerung zu ziehen, daß es sich um einen kreisrunden OOuerschnitt handelt.
Vielmehr ist, wie schon erwähnt, die Anwendung der Erfindung auch bei Flammrohren
mit anders geformtem Querschnitt ohne weiteres möglich.
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Verschiedene andere Änderungen in der Form, der Größe und der Anordnung
der Teile sind möglich, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen zu werden
braucht.