EP0578048A1 - Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine - Google Patents
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- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
Definitions
- the invention relates to a cylindrical combustion chamber housing of a gas turbine with an unbladed inlet manifold with a narrowing annular channel arranged around the combustion chamber housing for introducing compressor air through openings into the interior of a combustion chamber.
- the compressor air flows from an unshielded rectangular manifold into a narrowing annular duct and from there through three rectangular openings distributed unevenly around the circumference into the interior of the combustion chamber housing and impinges there on the flame tube.
- the object of the invention is to achieve a uniform air distribution and sufficient cooling of the inner cone, the mixer tube, by converting a tangential flow into an axial flow in the combustion chamber housing, to minimize the pressure loss in the feed area and to further improve the efficiency of the gas turbine.
- the compressor air is supplied through a lateral inlet bend in the shape of an arc to the lower conical part of the combustion chamber housing, the perforated cone.
- the inlet heart connects directly to the intake manifold, in which the compressor air is guided around the perforated cone on both sides.
- the conversion of this tangential flow around a cone into an axial flow through the holes in the perforated cone is achieved in that the cross section of the inlet heart, i.e. the cross-sectional area between the perforated cone and the circumferential inlet heart, in the area between the inlet manifold and the flow divider, is reduced.
- the reduction in cross-section is such that the air speed always remains approximately the same.
- the holes in the hole cone are arranged and designed that the open cross section of the holes increases both from the front to the rear and from top to bottom.
- the conversion of the tangential flow into an axial flow and the resulting uniform cooling of the mixing tube is supported by the six radially arranged ribs. This arrangement prevents the compressor air flowing obliquely upward and backward through the inlet manifold from cooling only a limited area of the mixing tube and from the rear lower area of the mixing tube not being cooled or being cooled insufficiently.
- This arrangement according to the invention achieves optimal cooling of the mixing tube while minimizing the pressure loss in the air supply area.
- Fig. 1 shows a cross section of the lower part of the combustion chamber housing with the inventive design of the air supply area with air intake manifold (2), inlet heart (1) and perforated cone (5), whereby a uniform air distribution by converting a tangential flow into an axial flow in the combustion chamber housing and a sufficient Cooling of the mixing tube (6) is reached.
- the compressor air represented by arrows is fed through a side inlet elbow (2) in an arc shape to the lower conical part of the combustion chamber housing (perforated cone 5).
- the inlet heart (1) connects to the intake manifold (2), in which the compressor air is guided around the perforated cone (5) on both sides.
- the holes (7) in the perforated cone (5) are arranged and designed so that the open cross section of the holes (7) from front to back and also from enlarged from top to bottom.
- the bores (7) are arranged in the perforated cone (5) on five parallel circumferential lines (8) so that they are in a gap with each other.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine mit einem unbeschaufelten Eintrittskrümmer mit einem um das Brennkammergehäuse angeordneten sich verengenden Ringkanal zur Einleitung von Verdichterluft durch Öffnungen in das Innere einer Brennkammer.
- Bei dem bekannten Brennkammergehäuse einer Gasturbine strömt die Verdichterluft aus einem unbeschaufelten Rechteckkrümmer in einen sich verengenden Ringkanal und von dort durch drei ungleichmäßig am Umfang verteilte Rechtecköffnungen ins Innere des Brennkammergehäuses und prallt dort auf das Flammrohr.
- Bei dieser Konzeption entsteht bereits im Rechteckkrümmer, dem Zuführungsbereich, ein relativ großer Druckverlust und beim Eintritt der Verdichterluft in das Innere der Brennkammer eine ungleichmäßige Strömungsverteilung.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch Umwandlung einer Tangentialströmung in eine Axialströmung im Brennkammergehäuse eine gleichmäßige Luftverteilung sowie eine ausreichende Kühlung des Innenkegels, des Mischerrohres, zu erreichen, den Druckverlust im Zuführungsbereich zu minimieren und den Wirkungsgrad der Gasturbine weiter zu verbessern.
- Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben. Die abhängigen Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Brennkammergehäuses.
- Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Verdichterluft durch einen seitlichen Eintrittskrümmer in Bogenform dem unteren konischen Teil des Brennkammergehäuses, dem Lochkegel, zugeführt. An den Eintrittskrümmer schließt sich direkt das Einlaufherz an, in dem die Verdichterluft um den Lochkegel beidseitig herumgeführt wird.
- Die Umwandlung dieser Tangentialströmung um einen Konus in eine Axialströmung durch die Bohrungen im Lochkegel wird dadurch erreicht, daß sich der Querschnitt des Einlaufherzens, d.h. die Querschnittsfläche zwischen dem Lochkegel und dem umlaufenden Einlaufherz, im Bereich zwischen Eintrittskrümmer und Strömungsteiler verringert. Die Querschnittsverminderung ist so bemessen, daß die Luftgeschwindigkeit stets annähernd gleich bleibt.
- Somit verengt sich der verbleibende Querschnitt des Einlaufherzes zur gegenüberliegenden Seite des Eintrittskrümmers hin stetig. An dieser Seite treffen sich die beiden Luftströmungen am Strömungsteiler wieder. Die durch die Bohrungen des Lochkegels strömende Verdichterluft trifft im Inneren des Brennkammergehäuses auf das ebenfalls konische Mischrohr und kühlt dieses gleichmäßig.
- Da sich die Durchflußzahl CDA einer Bohrung mit achsparalleler Strömung (vorderer Bereich des Lochkegels) von der Durchflußzahl CDW einer Bohrung mit wandparalleler Strömung (seitlicher und hinterer Bereich) unterscheidet (CDA > DCW), sind die Bohrungen im Lochkegel so angeordnet und ausgelegt, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen sowohl von vorne nach hinten als auch von oben nach unten vergrößert.
- Die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung und die dadurch erreichte gleichmäßige Kühlung des Mischrohres wird durch die sechs radial angeordneten Rippen unterstützt. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß die von unten durch den Eintrittskrümmer schräg nach oben und nach hinten strömende Verdichterluft nur einen beschränkten Bereich des Mischrohres kühlt und der hintere untere Bereich des Mischrohres nicht oder nur unzureichend gekühlt wird.
- Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird eine optimale Kühlung des Mischrohres unter Minimierung des Druckverlustes des Luftzuführbereiches erreicht.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Querschnitt des Brennkammergehäuses,
- Fig. 2
- eine Draufsicht des Brennkammergehäuses und
- Fig. 3
- die Abwicklung des Lochkegels.
- Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des unteren Teils des Brennkammergehäuses mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Luftzuführbereiches mit Lufteintrittskrümmer (2), Einlaufherz (1) und Lochkegel (5), wodurch eine gleichmäßige Luftverteilung durch eine Umwandlung einer Tangentialströmung in eine Axialströmung im Brennkammergehäuse und eine ausreichende Kühlung des Mischrohres (6) erreicht wird.
- Die durch Pfeile dargestellte Verdichterluft wird durch einen seitlichen Eintrittskrümmer (2) in Bogenform dem unteren konischen Teil des Brennkammergehäuses (Lochkegel 5) zugeführt. An den Eintrittskrümmer (2) schließt sich das Einlaufherz (1) an, in dem die Verdichterluft um den Lochkegel (5) beidseitig herumgeführt wird.
- Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung durch die Bohrungen im Lochkegel (5) dadurch erreicht wird, daß sich die Querschnittsfläche des Einlaufherzes (1), zwischen dem Lochkegel (5) und dem umlaufenden Einlaufherz (1), mit abnehmender Verdichterluftmenge vermindert.
- Somit verengt sich der verbleibende Querschnitt des Einlaufherzes (1) zur gegenüberliegenden Seite des Eintrittskrümmers (2) stetig. An dieser Seite treffen sich die beiden Luftströmungen am Strömungsteiler (4) wieder. Die durch die Bohrungen (7) in Lochkegel (5) strömende Verdichterluft trifft im Inneren des Brennkammergehäuses auf das ebenfalls konische Mischrohr (6) und kühlt dieses gleichmäßig.
- Aus der Abwicklung des Lochkegels (5) in Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) so angeordnet und ausgelegt sind, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen (7) von vorne nach hinten und auch von oben nach unten vergrößert.
- Die Bohrungen (7) sind im Lochkegel (5) auf fünf parallel angeordneten Umfangslinien (8) so angebracht, daß sie sich jeweils untereinander auf Lücke befinden.
- Die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung und die dadurch erreichte gleichmäßige Kühlung des Mischrohres (6) wird durch die radial angeordneten Rippen (3) unterstützt. Dadurch wird verhindert, daß die von unten durch den Eintrittskrümmer (2) schräg nach oben und hinten strömende Verdichterluft nur den oberen Bereich des Mischrohres (6) kühlt und der hintere untere Bereich des Mischrohres (6) nicht oder nur unzureichend gekühlt wird.
Claims (4)
- Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine mit einem unbeschaufelten Eintrittskrümmer, mit einem um das Brennkammergehäuse angeordneten, sich verengenden Ringkanal zur Einleitung von Verdichterluft durch Öffnungen in das Innere einer Brennkammer,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein seitlich in Bogenform angebrachter Eintrittskrümmer (2) an dem unteren konischen Teil des Brennkammergehäuses (5) befestigt ist, daß der Eintrittskrümmer (2) in ein vorzugsweise kreisförmiges Einlaufherz (1) übergeht, das beidseitig um den unteren konischen Teil des Brennkammergehäuses (5) herumgeführt wird, und daß der untere konische Teil des Brennkammergehäuses (5) als konischer Lochkegel ausgebildet ist, der kreisförmig um das innere konische Mischrohr (6) angeordnet ist. - Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Lochkegel (5) und Mischrohr (6) radial angeordnete Leitrippen (3) vorgesehen sind. - Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) so angeordnet und dimensioniert sind, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen (7) sowohl im Bereich vom Eintrittskrümmer (2) zum Strömungsteiler (4) als auch im Lochkegel (5) von oben nach unten vergrößert. - Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach den Ansprüchen 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) auf mehreren Umfangslinien angebracht und die Bohrungen (7) untereinander versetzt angeordnet sind.
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