EP1420208A1 - Combustion chamber - Google Patents
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- EP1420208A1 EP1420208A1 EP02025334A EP02025334A EP1420208A1 EP 1420208 A1 EP1420208 A1 EP 1420208A1 EP 02025334 A EP02025334 A EP 02025334A EP 02025334 A EP02025334 A EP 02025334A EP 1420208 A1 EP1420208 A1 EP 1420208A1
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- EP
- European Patent Office
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- coolant
- combustion chamber
- distributor
- outlet openings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/007—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03044—Impingement cooled combustion chamber walls or subassemblies
Definitions
- the invention relates to a combustion chamber for a gas turbine, the combustion chamber wall of which is provided on the inside with a lining formed by a number of heat shield elements, the or each heat shield element forming an interior to which a coolant can be applied.
- the invention further relates to a gas turbine with such a combustion chamber.
- Combustion chambers are part of gas turbines, which in many Areas for driving generators or work machines be used.
- the energy content becomes one Fuel for generating a rotational movement of a turbine shaft used.
- the fuel is used by burners in the combustion chambers connected to them burned, whereby from compressed air is supplied to an air compressor. By the combustion of the fuel becomes one under high pressure standing working medium with a high temperature. This working medium is downstream of the combustion chambers Turbine unit guided where it is working relaxed.
- a separate combustion chamber can be assigned to each burner be, the working medium flowing out of the combustion chambers be brought together before or in the turbine unit can.
- the combustion chamber can also be used in such a way mentioned annular combustion chamber design, in which a plurality, especially all, of the burners in a common, usually annular combustion chamber open.
- An increase in efficiency can basically be used for thermodynamic reasons by increasing the outlet temperature, with which the working medium from the combustion chamber and into the Turbine unit flows. Therefore temperatures of around Desired 1200 ° C to 1500 ° C for such gas turbines and also achieved.
- the combustion chamber wall is usually on the inside lined with heat shield elements that with special heat-resistant protective layers can be provided, and through the actual combustion chamber wall be cooled.
- heat shield elements that with special heat-resistant protective layers can be provided, and through the actual combustion chamber wall be cooled.
- In the Impact cooling becomes a coolant, usually cooling air, through a variety of holes in the combustion chamber wall Heat shield elements supplied so that the coolant in the Essentially perpendicular to the combustion chamber wall, outside surface bounces. That through the cooling process heated coolant is then removed from the interior, the combustion chamber wall with the heat shield elements forms, dissipated.
- the invention is therefore based on the object of a combustion chamber of the type mentioned above, which at comparative simple design for a particularly high system efficiency suitable is. Furthermore, a gas turbine is said to have the above-mentioned combustion chamber.
- this object is achieved according to the invention solved by the assigned to the respective heat shield element Inside each a coolant distributor arranged is, via which a coolant supply line with a A plurality of coolant outlet openings is connected.
- the invention is based on the consideration that for one a particularly high system efficiency a reliable and in particular area-wide application of the heat shield elements should be guaranteed with coolant. Also at the apparatus can consistently comply with this requirement Effort and in particular the manufacturing effort kept low by the multitude of the previously provided Coolant holes replaced by a simplified system become. To keep the cooling effect high to maintain and on the other hand to simplify the supply, is a division of the coolant flow path into individual partial paths only as close as possible to the one to be cooled Heat shield element, i.e. particularly far at the end of the flow path, intended.
- the coolant distributors fulfill these functions.
- a suitable branching of the coolant flow in the coolant distributor to achieve the coolant distributor be designed such that a downstream of the feed line Distribution space branches into several distribution arms, which the cooling air through their end openings to the intended positions on the heat shield elements to lead.
- this has but preferably an approximately rotationally symmetrical Distribution room on that to the coolant supply line connected.
- the cross section of the coolant distributor for the flow of the coolant advantageously aerodynamically selected by the cross section in Coolant flow direction from the cross section of the supply line continuously expands so that the maximum cross section on Distribution room is reached.
- The is expediently Distribution room closed by a cover plate, which for Formation of the coolant outlet openings with a number of Holes is provided.
- a cover plate which for Formation of the coolant outlet openings with a number of Holes is provided.
- the coolant outlet openings have in sum the smallest cross section within of the coolant distributor so that only in the area the coolant outlet openings a comparatively increased Pressure drop in the coolant occurs.
- the cover plate Around the wall body of the coolant distributor with the cover plate to seal with sufficient tightness and strength, this is expediently welded to the wall body.
- the coolant distributor formed from the wall body and the cover plate can be particularly easy to assemble be screwed into the combustion chamber housing.
- the cover plate is preferred on its outer wall with a number of recesses provided, in the corresponding locking lugs if necessary of an assembly tool can intervene.
- the coolant distributor can advantageously on this type of attachment during assembly or time-saving installation or replacement during maintenance work become.
- the coolant heated up after the cooling process becomes expedient through holes in the combustion chamber wall from the interior between the heat shields and the combustion chamber wall in derived a coolant discharge system.
- the coolant distributor By the shape and one suitable arrangement of the coolant distributor, the one ensures sufficient distance between the coolant distributors, the heated cooling air can pass through the gaps between the coolant distributors to the openings of the bores located on the combustion chamber wall stream.
- Relationship to the number of coolant distributors over the the entire length of the combustion chamber is preferably evenly distributed, so the coolant in all the return holes evenly with an approximately the same return temperature can be derived.
- each collecting duct is preferred on the output side connected to a collecting room, which in turn is upstream of the combustion chamber.
- a throttle device with the remaining compressor mass flow mixed and the combustion process are fed.
- the above-mentioned combustion chamber is preferably a component a gas turbine.
- the advantages achieved with the invention are in particular in that through the use of coolant manifolds a large area even with only a small manufacturing effort and comprehensive application of the heat shield elements is made possible with coolant.
- the coolant pressure drop kept low when cooling the combustion chamber so that the system efficiency of the combustion chamber elevated.
- the low coolant pressure drop can in particular can also be achieved because the cooling air distributor only need few feed holes in the combustion chamber wall and keep pressure loss low by choosing a suitable shape.
- the use of a number of coolant manifolds can uniform cooling with low coolant pressure loss ensure that the coolant is supplied via a coolant distributor the coolant is only shortly before the impingement cooling on the heat shield elements from a larger coolant supply line into several smaller coolant outlet openings branched. This ensures that the coolant is only a short distance with a relatively low Cross-section flows, so that the coolant pressure loss is limited.
- the cooling air discharge system ensures through the discharge holes and parallel to the flow direction of the working medium running channels even discharge of the heated cooling air, so that uniform cooling of the combustion chamber can be achieved can.
- the combustion process takes place via the collecting channels supplyable heated cooling air the system efficiency the combustion chamber further improved.
- the gas turbine 1 has a compressor 2 for combustion air, a combustion chamber 4 and one Turbine 6 for driving the compressor 2 and one not shown generator or a work machine.
- a turbine shaft also referred to as a turbine rotor 8 arranged with which the generator or the working machine is connected, and about its central axis 9 is rotatably mounted.
- the kind of an annular combustion chamber Executed combustion chamber 4 is with a number of burners 10 for the combustion of a liquid or gaseous Fuel.
- the turbine 6 has a number of with the turbine shaft 8 connected, rotatable blades 12.
- the blades 12 are arranged in a ring shape on the turbine shaft 8 and thus form a number of rows of blades.
- the turbine 6 comprises a number of fixed guide vanes 14, which is also ring-shaped with the formation of Guide vane rows attached to an inner housing 16 of the turbine 6 are.
- the blades 12 serve to drive the turbine shaft 8 by transfer of momentum from the turbine 6 working medium flowing through M.
- the guide vanes 14 serve in contrast to the flow of the working medium M between seen two in the flow direction of the working medium M. successive rows of blades or blade rings.
- a successive pair from a wreath of Guide vanes 14 or a row of guide vanes and from one Wreath of blades 12 or a row of blades is also referred to as the turbine stage.
- Each guide vane 14 has one which is also referred to as a blade root Platform 18, which is used to fix the respective guide vane 14 on the inner housing 16 of the turbine 6 as a wall element is arranged.
- the platform 18 is a thermal comparison heavily loaded component that the outer boundary a heating gas channel for the one flowing through the turbine 6 Working medium M forms.
- Each blade 12 is analog Way over a platform 20 also referred to as a blade root attached to the turbine shaft 8.
- each guide ring 21 is also hot, flowing through the turbine 6 Working medium M exposed and in the radial direction from the outer end 22 of the blade opposite to it 12 spaced by a gap.
- the one between neighboring Guide rings 21 arranged guide vane rows serve in particular as cover elements that cover the inner wall 16 or other housing installation parts before a thermal Overuse by the flowing through the turbine 6 protects hot working medium M.
- the combustion chamber 4 is so-called in the exemplary embodiment Annular combustion chamber designed in which a variety of in Arranged circumferentially around the turbine shaft 8 Burners 10 open into a common combustion chamber space. To is the combustion chamber 4 in its entirety as an annular Designed structure that positioned around the turbine shaft 8 is.
- the combustion chamber 4 is shown in section in FIG. 2, which is toroidal around the turbine shaft 8 continues.
- the Combustion chamber 4 has an initial or inflow section, in the end of the outlet of the associated burner 10 flows. Seen in the direction of flow of the working medium M. the cross section of the combustion chamber 4 then narrows, where the emerging flow profile of the working medium M is taken into account in this area.
- the combustion chamber 4 On the output side the combustion chamber 4 has a curvature in longitudinal section on, through which the outflow of the working medium M from the Combustion chamber 4 in one for a particularly high pulse and Energy transfer to the following downstream first row of blades is favored.
- the combustion chamber 4 for a comparatively high temperature of the working medium M from about 1200 ° C to 1500 ° C.
- This also applies to these operating parameters, which are unfavorable for the materials to enable a comparatively long operating time is the combustion chamber wall 24 on the working medium M facing side with one made of heat shield elements 26 formed lining provided. Any heat shield element 26 is particularly heat-resistant on the working medium side Protective layer.
- a cooling system is provided. The cooling system is based on the principle of impingement cooling, in which cooling air as a coolant under sufficiently high pressure on a Blown a large number of points on the component to be cooled becomes.
- the cooling system is simple in construction for reliable, Comprehensive exposure to the heat shield elements 26 with cooling air and also for a particularly low one Coolant pressure drop designed.
- the heat shield elements 26 from the outside through the cooling air K cooled by a number of im from each heat shield element 26 and the combustion chamber wall 24 formed interior 27 arranged coolant distributors 28 on the surface of the respective heat shield element 26 is passed.
- cooling for the heat shield elements 26 is a section in FIG. 3 in section the combustion chamber wall 24 shown. Like this one Are recognizable are a number of Coolant distributor 28 over the entire area of the respective Heat shield element 26 distributed for uniform cooling to ensure.
- the coolant K flows through one assigned coolant supply line 29 in the respective Coolant distributor 28.
- the coolant K through a number of coolant outlet openings 30 to the Surface of the heat shield element 26 passed where this with the coolant K is cooled by impingement cooling.
- the holes for the coolant supply lines 29 are in production to attach the combustion chamber 4 easily and in a time-saving manner, since there is only one for each coolant distributor 28 Coolant supply line 29 is required.
- the respective coolant distributor 28 is due to its shape for a particularly low coolant pressure drop designed. To do this, the coolant flows through the Coolant distributor 28 by a rotationally symmetrical, in the exemplary embodiment according to FIG. 4 cylindrical distributor space 34 distributed to the coolant outlet openings 30.
- the Coolant supply line 29 for the coolant flowing through K streamlined with a continuously widening Cross section connected to the distributor space 34 his.
- the distributor space 34 is closed by a cover plate 36, which is a number of holes to form the Contains coolant outlet openings 30.
- the cover plate 36 For easy manufacturing of the coolant distributor is the cover plate 36 with the Wall 37 of the coolant distributor 28 welded.
- the cover plate 36 also for a Torque transmission from a customized tool a number of recesses on its outer wall.
- the coolant distributor 28 is for a particularly stable attachment designed on the combustion chamber wall 24, which at the same time for quick assembly and easy interchangeability Maintenance work is suitable.
- the coolant distributor 28 is with a thread 38 on the coolant inlet side with the Screwed combustion chamber wall 24.
- a coolant discharge system intended around the heated coolant K from the interior 27 between the respective heat shield element 26 and the combustion chamber wall 24 Routing to the burners 10 is a coolant discharge system intended.
- This coolant discharge system is designed to the coolant K uniformly at approximately the same Derive temperature over the entire surface of the combustion chamber 10, a uniform temperature profile over the heat shield elements 26 and to ensure the combustion chamber wall 24.
- the heated coolant K is replaced by a number of Coolant return bores 40 in the combustion chamber walls 24 the interior 27 between the combustion chamber wall 24 and the heat shield elements 26, as shown in FIGS. 2, 5 and 6 is shown.
- the coolant K can pass through the gaps between the coolant distributors 28 to the openings the coolant return holes 40 flow.
- Coolant return hole 40 in a substantially parallel to the flow direction of the working medium M.
- Coolant return duct 42 through which the coolant K in Direction of the burner 10 is derived.
- a number of Return bores 40 are positioned in such a straight line that that multiple coolant return holes 40 in one common coolant return duct 42 open, so that this acts as a collection channel for back-flowing coolant.
- the respective coolant return duct 42 opens on the burner side into a collecting space assigned to a burner 10 44, as can be seen in FIG. 7. Not for them Combustion chamber cooling used air flow from the compressor 2 is fed to the burner via a throttle 45.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für eine Gasturbine,
deren Brennkammerwand innenseitig mit einer von einer
Anzahl von Hitzeschildelementen gebildeten'Auskleidung
versehen ist, wobei das oder jedes Hitzeschildelement einen
mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren Innenraum bildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gasturbine mit einer
derartigen Brennkammer.The invention relates to a combustion chamber for a gas turbine, the combustion chamber wall of which is provided on the inside with a lining formed by a number of heat shield elements, the or each heat shield element forming an interior to which a coolant can be applied.
The invention further relates to a gas turbine with such a combustion chamber.
Brennkammern sind Bestandteil von Gasturbinen, die in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt werden. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffs zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt. Der Brennstoff wird dazu von Brennern in den ihnen nachgeschalteten Brennkammern verbrannt, wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Durch die Verbrennung des Brennstoffs wird ein unter hohem Druck stehendes Arbeitsmedium mit einer hohen Temperatur erzeugt. Dieses Arbeitsmedium wird in eine den Brennkammern nachgeschaltete Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.Combustion chambers are part of gas turbines, which in many Areas for driving generators or work machines be used. The energy content becomes one Fuel for generating a rotational movement of a turbine shaft used. The fuel is used by burners in the combustion chambers connected to them burned, whereby from compressed air is supplied to an air compressor. By the combustion of the fuel becomes one under high pressure standing working medium with a high temperature. This working medium is downstream of the combustion chambers Turbine unit guided where it is working relaxed.
Dabei kann jedem Brenner eine separate Brennkammer zugeordnet sein, wobei das aus den Brennkammern abströmende Arbeitsmedium vor oder in der Turbineneinheit zusammengeführt sein kann. Alternativ kann die Brennkammer aber auch in einer so genannten Ringbrennkammer-Bauweise ausgeführt sein, bei der eine Mehrzahl, insbesondere alle, der Brenner in eine gemeinsame, üblicherweise ringförmige Brennkammer münden.A separate combustion chamber can be assigned to each burner be, the working medium flowing out of the combustion chambers be brought together before or in the turbine unit can. Alternatively, the combustion chamber can also be used in such a way mentioned annular combustion chamber design, in which a plurality, especially all, of the burners in a common, usually annular combustion chamber open.
Bei der Auslegung derartiger Gasturbinen ist zusätzlich zur erreichbaren Leistung üblicherweise ein besonders hoher Wirkungsgrad ein Auslegungsziel. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades lässt sich dabei aus thermodynamischen Gründen grundsätzlich durch eine Erhöhung der Austrittstemperatur erreichen, mit der das Arbeitsmedium von der Brennkammer ab- und in die Turbineneinheit einströmt. Daher werden Temperaturen von etwa 1200 °C bis 1500 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.When designing such gas turbines in addition to achievable performance usually a particularly high efficiency a design goal. An increase in efficiency can basically be used for thermodynamic reasons by increasing the outlet temperature, with which the working medium from the combustion chamber and into the Turbine unit flows. Therefore temperatures of around Desired 1200 ° C to 1500 ° C for such gas turbines and also achieved.
Bei derartig hohen Temperaturen des Arbeitsmediums sind jedoch die diesem Medium ausgesetzten Komponenten und Bauteile hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um dennoch bei hoher Zuverlässigkeit eine vergleichsweise lange Lebensdauer der betroffenen Komponenten zu gewährleisten, ist üblicherweise eine Ausgestaltung mit besonders hitzebeständigen Materialien und eine Kühlung der betroffenen Komponenten, insbesondere der Brennkammer, nötig. Um thermische Verspannungen des Materials zu verhindern, welche die Lebensdauer der Komponenten begrenzt, wird in der Regel angestrebt, eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Komponenten zu erreichen.At such high temperatures of the working medium, however the components and parts exposed to this medium exposed to high thermal loads. To still at high Reliability a comparatively long lifespan It is usually necessary to ensure the affected components a design with particularly heat-resistant materials and cooling the affected components, in particular the combustion chamber, necessary. To thermal tension of the material to prevent the life of the components limited, the aim is usually one if possible to achieve uniform cooling of the components.
Die Brennkammerwand ist dazu in der Regel auf ihrer Innenseite mit Hitzeschildelementen ausgekleidet, die mit besonders hitzebeständigen Schutzschichten versehen werden können, und die durch die eigentliche Brennkammerwand hindurch gekühlt werden. Dazu wird in der Regel ein auch als "Prallkühlung" bezeichnetes Kühlverfahren eingesetzt. Bei der Prallkühlung wird ein Kühlmittel, in der Regel Kühlluft, durch eine Vielzahl von Bohrungen in der Brennkammerwand den Hitzeschildelementen zugeführt, so dass das Kühlmittel im Wesentlichen senkrecht auf ihre der Brennkammerwand zugewandte, außen liegende Fläche prallt. Das durch den Kühlprozess aufgeheizte Kühlmittel wird anschließend aus dem Innenraum, den die Brennkammerwand mit den Hitzeschildelementen bildet, abgeführt.The combustion chamber wall is usually on the inside lined with heat shield elements that with special heat-resistant protective layers can be provided, and through the actual combustion chamber wall be cooled. For this purpose, usually also a "baffle cooling" designated cooling process used. In the Impact cooling becomes a coolant, usually cooling air, through a variety of holes in the combustion chamber wall Heat shield elements supplied so that the coolant in the Essentially perpendicular to the combustion chamber wall, outside surface bounces. That through the cooling process heated coolant is then removed from the interior, the combustion chamber wall with the heat shield elements forms, dissipated.
Die Herstellung eines solchen Kühlsystems kann jedoch sehr aufwendig sein, da zur Realisierung einer möglichst gleichmäßigen Kühlung der Hitzeschilde sehr viele Bohrungen in der Brennkammerwand mit einem vergleichsweise kleinen Querschnitt benötigt werden, was sehr zeit- und kostenintensiv sein kann. Insbesondere sind die Anforderungen an die zur Fertigung der Bohrungen benötigten Werkzeuge sehr hoch, da die Kühlluftbohrungen im Vergleich zu ihrem Querschnitt relativ lang sind, da die Wandung der Brennkammerwand aus Stabilitätsgründen eine ausreichend große Stärke aufweisen muss. Weiterhin kann es bei einer großen Anzahl von Kühlluftbohrungen, die in ihrer Summe eine hohe Oberfläche aufweisen, zu Reibung und Verwirbelungen bei'der Zufuhr des Kühlmittels kommen. Dies führt zu einem erhöhten Kühlmitteldruckverlust im Kühlmittelkreislauf, der sich nachteilig auf den Wirkungsgrad der Brennkammer auswirkt.However, the manufacture of such a cooling system can be very difficult be elaborate because to achieve the most uniform possible Cooling the heat shields very many holes in the Combustion chamber wall with a comparatively small cross section are needed, which can be very time-consuming and costly. In particular, the requirements for manufacturing the Drilling required tools very high, because the cooling air holes are relatively long compared to their cross-section, since the wall of the combustion chamber wall for reasons of stability must be of sufficient strength. Furthermore can it with a large number of cooling air holes that in their Total have a high surface area, causing friction and turbulence come when the coolant is supplied. this leads to to an increased coolant pressure loss in the coolant circuit, which adversely affects the efficiency of the combustion chamber effect.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer der oben genannten Art anzugeben, die bei vergleichsweise einfacher Bauweise für einen besonders hohen Anlagenwirkungsgrad geeignet ist. Weiterhin soll eine Gasturbine mit der oben genannten Brennkammer angegeben werden.The invention is therefore based on the object of a combustion chamber of the type mentioned above, which at comparative simple design for a particularly high system efficiency suitable is. Furthermore, a gas turbine is said to have the above-mentioned combustion chamber.
Bezüglich der Brennkammer wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem im die dem jeweiligen Hitzeschildelement zugeordneten Innenraum jeweils ein Kühlmittelverteiler angeordnet ist, über den jeweils eine Kühlmittelzuführleitung mit einer Mehrzahl von Kühlmittelaustrittsöffnungen verbunden ist.With regard to the combustion chamber, this object is achieved according to the invention solved by the assigned to the respective heat shield element Inside each a coolant distributor arranged is, via which a coolant supply line with a A plurality of coolant outlet openings is connected.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für einen besonders hohen Anlagenwirkungsgrad eine zuverlässige und insbesondere flächendeckende Beaufschlagung der Hitzeschildelemente mit Kühlmittel gewährleistet sein sollte. Auch bei konsequenter Einhaltung dieser Vorgabe kann der apparative Aufwand und insbesondere der Herstellungsaufwand gering gehalten werden, indem die Vielzahl der bislang vorgesehenen Kühlmittelbohrungen durch ein vereinfachtes System ersetzt werden. Um dabei einerseits die Kühlwirkung unverändert hoch aufrechtzuerhalten und andererseits die Zufuhr zu vereinfachen, ist eine Aufteilung des Kühlmittel-Strömungspfads in individuelle Teilpfade erst möglichst nahe beim zu kühlenden Hitzeschildelement, also besonders weit am Ende des Strömungspfads, vorgesehen. Diese Funktionen erfüllen die Kühlmittelverteiler.The invention is based on the consideration that for one a particularly high system efficiency a reliable and in particular area-wide application of the heat shield elements should be guaranteed with coolant. Also at the apparatus can consistently comply with this requirement Effort and in particular the manufacturing effort kept low by the multitude of the previously provided Coolant holes replaced by a simplified system become. To keep the cooling effect high to maintain and on the other hand to simplify the supply, is a division of the coolant flow path into individual partial paths only as close as possible to the one to be cooled Heat shield element, i.e. particularly far at the end of the flow path, intended. The coolant distributors fulfill these functions.
Um die Wirkung der Prallkühlung bei Verwendung der Kühlmittelverteiler zu erhöhen, sind die Austrittsöffnungen der Kühlmittelverteiler zweckmäßigerweise derart dimensioniert, dass die Summe ihrer Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen kleiner ist als der Querschnitt der Kühlmittelzuführleitung. Durch diese Querschnittsverkleinerung in Kühlmittelflussrichtung kommt es vorteilhafterweise zu einem Düseneffekt, bei dem sich die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlmittels an den Austrittsöffnungen erhöht und sich damit auch die Wirkung der Prallkühlung an den Hitzeschildelementen verbessert.To the effect of impact cooling when using the coolant distributor to increase the outlet openings of the Coolant distributor appropriately dimensioned such that the sum of their cross-sectional areas of all outlet openings is smaller than the cross section of the coolant supply line. This reduction in cross-section in the direction of coolant flow there is advantageously a nozzle effect, at which the exit velocity of the coolant at the outlet openings and thus the Impact cooling effect on the heat shield elements improved.
Um eine geeignete Verzweigung des Kühlmittelflusses im Kühlmittelverteiler zu erreichen, kann der Kühlmittelverteiler derart ausgeführt sein, dass ein der Zuführleitung nachgeschalteter Verteilerraum sich in mehrere Verteilerarme verzweigt, welche die Kühlluft über ihre endseitigen Austrittsöffnungen zu den jeweils vorgesehenen Positionen an den Hitzeschildelementen führen. Um das Kühlmittel im Kühlmittelverteiler auf besonders einfache Weise zu verteilen, weist dieser vorzugsweise jedoch einen annähernd rotationssymmetrischen Verteilerraum auf, der an die Kühlmittelzuführleitung angeschlossen ist. Dabei ist der Querschnitt des Kühlmittelverteilers für den Durchfluss des Kühlmittels vorteilhafterweise strömungsgünstig gewählt, indem sich der Querschnitt in Kühlmittelflussrichtung vom Querschnitt der Zuführleitung kontinuierlich so aufweitet, dass der maximale Querschnitt am Verteilerraum erreicht wird. Zweckmäßigerweise ist der Verteilerraum von einem Deckblech verschlossen, welches zur Bildung der Kühlmittelaustrittsöffnungen mit einer Anzahl von Bohrungen versehen ist. In dieser Bauweise, die in ihrer Gesamtheit an einen "Duschkopf" erinnert, ist eine zuverlässige Verteilung des Kühlmittels unter Verwendung einer nur besonders geringen Anzahl von Komponenten ermöglicht.A suitable branching of the coolant flow in the coolant distributor to achieve the coolant distributor be designed such that a downstream of the feed line Distribution space branches into several distribution arms, which the cooling air through their end openings to the intended positions on the heat shield elements to lead. To the coolant in the coolant distributor distribute in a particularly simple manner, this has but preferably an approximately rotationally symmetrical Distribution room on that to the coolant supply line connected. The cross section of the coolant distributor for the flow of the coolant advantageously aerodynamically selected by the cross section in Coolant flow direction from the cross section of the supply line continuously expands so that the maximum cross section on Distribution room is reached. The is expediently Distribution room closed by a cover plate, which for Formation of the coolant outlet openings with a number of Holes is provided. In this design, in its entirety reminiscent of a "shower head" is a reliable one Distribution of the coolant using only a special one allows a small number of components.
In vorteilhafter Ausgestaltung weisen die Kühlmittelaustrittsöffnungen in ihrer Summe den kleinsten Querschnitt innerhalb des Kühlmittelverteilers auf, so dass nur im Bereich der Kühlmittelaustrittsöffnungen ein vergleichsweise erhöhter Druckverlust des Kühlmittels auftritt.In an advantageous embodiment, the coolant outlet openings have in sum the smallest cross section within of the coolant distributor so that only in the area the coolant outlet openings a comparatively increased Pressure drop in the coolant occurs.
Um den Wandkörper des Kühlmittelverteilers mit dem Deckblech bei ausreichender Dichtigkeit und Festigkeit zu verschließen, ist dieses zweckmäßigerweise mit dem Wandkörper verschweißt. Der aus dem Wandkörper und dem Deckblech gebildete Kühlmittelverteiler kann für eine besonders einfache Montierbarkeit in das Brennkammergehäuse eingeschraubt sein. Um dabei die zur Verschraubung notwendige Drehmomentübertragung auf besonders einfache Weise zu ermöglichen, ist das Deckblech vorzugsweise an seiner Außenwand mit einer Anzahl von Aussparungen versehen, in die im Bedarfsfall korrespondierende Rastnasen eines Montagewerkzeugs eingreifen können.Around the wall body of the coolant distributor with the cover plate to seal with sufficient tightness and strength, this is expediently welded to the wall body. The coolant distributor formed from the wall body and the cover plate can be particularly easy to assemble be screwed into the combustion chamber housing. To do the torque transmission necessary for screwing on particular to allow simple way, the cover plate is preferred on its outer wall with a number of recesses provided, in the corresponding locking lugs if necessary of an assembly tool can intervene.
Um einen Kühlmittelverteiler an der Brennkammerwand mit der Kühlmittelzuführleitung zu verbinden, ist dieser zweckmäßigerweise mit einem Gewinde an der Öffnung der Kühlmittelzuführleitung verschraubt. Vorteilhafterweise kann der Kühlmittelverteiler auf diese Art der Befestigung bei der Montageoder bei Wartungsarbeiten sehr zeitsparend montiert bzw. ausgewechselt werden.To a coolant distributor on the combustion chamber wall with the To connect the coolant supply line, it is expedient with a thread at the opening of the coolant supply line screwed. The coolant distributor can advantageously on this type of attachment during assembly or time-saving installation or replacement during maintenance work become.
Das nach dem Kühlprozess aufgeheizte Kühlmittel wird zweckmäßigerweise durch Bohrungen in der Brennkammerwand aus dem Innenraum zwischen den Hitzeschilden und der Brennkammerwand in ein Kühlmittelabführsystem abgeleitet. Durch die Form und eine geeignete Anordnung der Kühlmittelverteiler, die einen ausreichenden Abstand der Kühlmittelverteiler voneinander gewährleistet, kann die aufgeheizte Kühlluft durch die Zwischenräume zwischen den Kühlmittelverteilern hindurch zu den sich an der Brennkammerwand befindlichen Öffnungen der Bohrungen strömen. Um eine gleichmäßige Kühlung der Brennkammer zu gewährleisten, sind die Rückführbohrungen im gleichbleibenden Verhältnis zur Anzahl der Kühlmittelverteiler über die gesamte Länge der Brennkammer vorzugsweise gleichmäßig verteilt, so dass das Kühlmittel in allen Rückführbohrungen gleichmäßig mit einer annähernd gleichen Rückführtemperatur abgeleitet werden kann.The coolant heated up after the cooling process becomes expedient through holes in the combustion chamber wall from the interior between the heat shields and the combustion chamber wall in derived a coolant discharge system. By the shape and one suitable arrangement of the coolant distributor, the one ensures sufficient distance between the coolant distributors, the heated cooling air can pass through the gaps between the coolant distributors to the openings of the bores located on the combustion chamber wall stream. To ensure even cooling of the combustion chamber to ensure the return holes are constant Relationship to the number of coolant distributors over the the entire length of the combustion chamber is preferably evenly distributed, so the coolant in all the return holes evenly with an approximately the same return temperature can be derived.
Um das Kühlmittel aus den Bohrungen abzuleiten, münden diese zweckmäßigerweise in eine Anzahl von im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsmediums verlaufende Sammelkanäle, durch die das Kühlmittel abgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann durch eine annähernd geradlinige Positionierung der Rückführbohrungen mit einem einseitigen Sammelkanal die Kühlluft aus mehreren Rückführbohrungen abgeleitet werden.To drain the coolant out of the holes, these open expediently in a number of substantially parallel collecting channels running to the direction of flow of the working medium, through which the coolant can be removed. advantageously, can be achieved by an almost straight positioning the return holes with a one-sided collecting channel the cooling air is derived from several return holes become.
Für einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad der Brennkammer wird vorteilhafterweise der Wärmeeintrag in das Kühlmittel für den eigentlichen Energieumwandlungsprozess in der Brennkammer zurückgewonnen. Dazu ist vorteilhafterweise eine Einspeisung der bei der Brennkammerkühlung erwärmten, als Kühlmittel verwendeten Kühlluft in die Brennkammer vorgesehen, wobei die vorgewärmte Kühlluft als ausschließliche oder zusätzliche Verbrennungsluft dienen kann. Um das abströmende Kühlmittel in diesem Sinne dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer zuzuführen, ist jeder Sammelkanal vorzugsweise ausgangsseitig mit einem Sammelraum verbunden, der seinerseits luftseitig der Brennkammer vorgeschaltet ist. Über diesen kann das Kühlmittel durch eine Drosseleinrichtung mit dem übrigen Verdichtermassenstrom vermischt und dem Verbrennungsprozess zugeführt werden.For a particularly high overall efficiency of the combustion chamber advantageously the heat input into the coolant for the actual energy conversion process in the combustion chamber recovered. This is advantageously a feed those heated during the combustion chamber cooling as a coolant cooling air used is provided in the combustion chamber, the preheated cooling air being exclusive or additional Combustion air can serve. To the outflow Coolant in this sense the combustion process in the Feeding the combustion chamber, each collecting duct is preferred on the output side connected to a collecting room, which in turn is upstream of the combustion chamber. About this can the coolant through a throttle device with the remaining compressor mass flow mixed and the combustion process are fed.
Die oben genannte Brennkammer ist vorzugsweise Bestandteil einer Gasturbine. The above-mentioned combustion chamber is preferably a component a gas turbine.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung von Kühlmittelverteilern auch bei nur geringem Herstellungsaufwand eine großflächige und umfassende Beaufschlagung der Hitzeschildelemente mit Kühlmittel ermöglicht ist. Zudem kann der Kühlmitteldruckverlust bei der Kühlung der Brennkammer gering gehalten werden, so dass sich damit der Anlagenwirkungsgrad der Brennkammer erhöht. Der geringe Kühlmitteldruckverlust kann insbesondere auch erreicht werden, weil die Kühlluftverteiler nur wenige Zuführbohrungen in der Brennkammerwand benötigen und durch eine geeignete Formwahl den Druckverlust gering halten. Die Verwendung einer Anzahl von Kühlmittelverteilern kann eine gleichmäßige Kühlung bei geringem Kühlmitteldruckverlust gewährleisten, da bei der Kühlmittelzufuhr über einen Kühlmittelverteiler das Kühlmittel sich erst kurz vor der Prallkühlung an den Hitzeschildelementen von einer größeren Kühlmittelzuführleitung in mehrere kleinere Kühlmittelaustrittsöffnungen verzweigt. Dadurch ist gewährleistet, dass das Kühlmittel nur eine kurze Strecke mit einem relativ geringen Querschnitt durchströmt, so dass der Kühlmitteldruckverlust begrenzt ist.The advantages achieved with the invention are in particular in that through the use of coolant manifolds a large area even with only a small manufacturing effort and comprehensive application of the heat shield elements is made possible with coolant. In addition, the coolant pressure drop kept low when cooling the combustion chamber so that the system efficiency of the combustion chamber elevated. The low coolant pressure drop can in particular can also be achieved because the cooling air distributor only need few feed holes in the combustion chamber wall and keep pressure loss low by choosing a suitable shape. The use of a number of coolant manifolds can uniform cooling with low coolant pressure loss ensure that the coolant is supplied via a coolant distributor the coolant is only shortly before the impingement cooling on the heat shield elements from a larger coolant supply line into several smaller coolant outlet openings branched. This ensures that the coolant is only a short distance with a relatively low Cross-section flows, so that the coolant pressure loss is limited.
Durch den technisch einfachen Aufbau der Kühlmittelverteiler und durch die Verschraubung mit der Brennkammerwand ist zudem eine einfache und preisgünstige Herstellung und Montage des Kühlsystem möglich. Das Kühlluftabfuhrsystem gewährleistet durch die Abführbohrungen und die parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsmediums verlaufenden Sammelkanäle eine gleichmäßige Abführung der aufgeheizten Kühlluft, so dass eine gleichmäßige Kühlung der Brennkammer erreicht werden kann. Zudem wird durch die über die Sammelkanäle dem Verbrennungsprozess zuführbare aufgeheizte Kühlluft der Anlagenwirkungsgrad der Brennkammer weiter verbessert.Due to the technically simple construction of the coolant distributor and by screwing to the combustion chamber wall is also a simple and inexpensive manufacture and assembly of the Cooling system possible. The cooling air discharge system ensures through the discharge holes and parallel to the flow direction of the working medium running channels even discharge of the heated cooling air, so that uniform cooling of the combustion chamber can be achieved can. In addition, the combustion process takes place via the collecting channels supplyable heated cooling air the system efficiency the combustion chamber further improved.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- Fig. 1
- einen Halbschnitt durch eine Gasturbine,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch eine Brennkammer,
- Fig. 3
- im Schnitt einen Ausschnitt der Brennkammerwand,
- Fig. 4
- im Schnitt und in der Draufsicht einen Kühlmittelverteiler,
- Fig. 5
- im Schnitt eine Aufsicht auf einen Ausschnitt der Brennkammerwand,
- Fig. 6
- im Schnitt einen Ausschnitt der Brennkammerwand,
- Fig. 7
- im Schnitt einen Ausschnitt eines Brenners und einer Brennkammer.
- Fig. 1
- a half-section through a gas turbine,
- Fig. 2
- a section through a combustion chamber,
- Fig. 3
- on average a section of the combustion chamber wall,
- Fig. 4
- in section and in plan view a coolant distributor,
- Fig. 5
- on average a top view of a section of the combustion chamber wall,
- Fig. 6
- on average a section of the combustion chamber wall,
- Fig. 7
- in section a section of a burner and a combustion chamber.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen
versehen. Die Gasturbine 1 gemäß Fig. 1 weist einen Verdichter
2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine
Turbine 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht
dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu
sind die Turbine 6 und der Verdichter 2 auf einer gemeinsamen,
auch als Turbinenläufer bezeichneten Turbinenwelle
8 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine
verbunden ist, und die um ihre Mittelachse 9
drehbar gelagert ist. Die in der Art einer Ringbrennkammer
ausgeführte Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern
10 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen
Brennstoffs bestückt.The same parts have the same reference symbols in all the figures
Mistake. The gas turbine 1 according to FIG. 1 has a
Die Turbine 6 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 8
verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Die Laufschaufeln
12 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 8 angeordnet
und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin
umfasst die Turbine 6 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln
14, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von
Leitschaufelreihen an einem Innengehäuse 16 der Turbine 6 befestigt
sind. Die Laufschaufeln 12 dienen dabei zum Antrieb
der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbine 6
durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen
hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen
jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen
aufeinanderfolgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen.
Ein aufeinanderfolgendes Paar aus einem Kranz von
Leitschaufeln 14 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem
Kranz von Laufschaufeln 12 oder einer Laufschaufelreihe wird
dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.The turbine 6 has a number of with the turbine shaft 8
connected,
Jede Leitschaufel 14 weist eine auch als Schaufelfuß bezeichnete
Plattform 18 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leitschaufel
14 am Innengehäuse 16 der Turbine 6 als Wandelement
angeordnet ist. Die Plattform 18 ist dabei ein thermisch vergleichsweise
stark belastetes Bauteil, das die äußere Begrenzung
eines Heizgaskanals für das die Turbine 6 durchströmende
Arbeitsmedium M bildet. Jede Laufschaufel 12 ist in analoger
Weise über eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 20
an der Turbinenwelle 8 befestigt.Each guide vane 14 has one which is also referred to as a
Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen
18 der Leitschaufeln 14 zweier benachbarter Leitschaufelreihen
ist jeweils ein Führungsring 21 am Innengehäuse 16 der
Turbine 6 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Führungsrings
21 ist dabei ebenfalls dem heißen, die Turbine 6 durchströmenden
Arbeitsmedium M ausgesetzt und in radialer Richtung
vom äußeren Ende 22 der ihm gegenüber liegenden Laufschaufel
12 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen benachbarten
Leitschaufelreihen angeordneten Führungsringe 21
dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die die Innenwand
16 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen
Überbeanspruchung durch das die Turbine 6 durchströmende
heiße Arbeitsmedium M schützt. Between the spaced
Die Brennkammer 4 ist im Ausführungsbeispiel als so genannte
Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in
Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 8 herum angeordneten
Brennern 10 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu
ist die Brennkammer 4 in ihrer Gesamtheit als ringförmige
Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 8 herum positioniert
ist.The
Zur weiteren Verdeutlichung der Ausführung der Brennkammerwand
24 ist in Fig. 2 die Brennkammer 4 im Schnitt dargestellt,
die sich torusartig um die Turbinenwelle 8 herum
fortsetzt. Wie in der Darstellung erkennbar ist, weist die
Brennkammer 4 einen Anfangs- oder Einströmabschnitt auf, in
den endseitig der Auslass des jeweils zugeordneten Brenners
10 mündet. In Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen
verengt sich sodann der Querschnitt der Brennkammer 4,
wobei dem sich einstellenden Strömungsprofil des Arbeitsmediums
M in diesem Raumbereich Rechnung getragen ist. Ausgangsseitig
weist die Brennkammer 4 im Längsschnitt eine Krümmung
auf, durch die das Abströmen des Arbeitsmediums M aus der
Brennkammer 4 in einer für einen besonders hohen Impuls- und
Energieübertrag auf die strömungsseitig gesehen nachfolgende
erste Laufschaufelreihe begünstigt ist.To further clarify the design of the
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist
die Brennkammer 4 für eine vergleichsweise hohe Temperatur
des Arbeitsmediums M von etwa 1200 °C bis 1500 °C ausgelegt.
Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern
eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen,
ist die Brennkammerwand 24 auf ihrer dem Arbeitsmedium
M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen
26 gebildeten Auskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement
26 ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen
Schutzschicht ausgestattet. Aufgrund der hohen Temperaturen
im Inneren der Brennkammer 4 ist zudem für die Hitzeschildelemente
26 ein Kühlsystem vorgesehen. Das Kühlsystem
basiert dabei auf dem Prinzip der Prallkühlung, bei dem Kühlluft
als Kühlmittel unter ausreichend hohem Druck an einer
Vielzahl von Stellen an das zu kühlende Bauteil angeblasen
wird.To achieve a comparatively high efficiency
the
Das Kühlsystem ist bei einem einfachen Aufbau für eine zuverlässige,
flächendeckende Beaufschlagung der Hitzeschildelemente
26 mit Kühlluft und zudem für einen besonders geringen
Kühlmitteldruckverlust ausgelegt. Dazu werden die Hitzeschildelemente
26 von ihrer Außenseite durch die Kühlluft K
gekühlt, die durch eine Anzahl von im vom jeweiligen Hitzeschildelement
26 und der Brennkammerwand 24 gebildeten Innenraum
27 angeordneten Kühlmittelverteilern 28 auf die Oberfläche
des jeweiligen Hitzeschildelements 26 geleitet wird.The cooling system is simple in construction for reliable,
Comprehensive exposure to the
Zur weiteren Verdeutlichung der Ausführung der Kühlung für
die Hitzeschildelemente 26 ist in Fig. 3 im Schnitt ein Ausschnitt
der Brennkammerwand 24 dargestellt. Wie in dieser
Darstellung erkennbar ist, sind eine Anzahl der
Kühlmittelverteiler 28 über die gesamte Fläche des jeweiligen
Hitzeschildelements 26 verteilt, um eine gleichmäßige Kühlung
zu gewährleisten. Dabei strömt das Kühlmittel K durch eine
zugeordnete Kühlmittelzuführleitung 29 in den jeweiligen
Kühlmittelverteiler 28. Durch diesen wird das Kühlmittel K
durch eine Anzahl von Kühlmittelaustrittsöffnungen 30 auf die
Oberfläche des Hitzeschildelements 26 geleitet, wo dieses mit
dem Kühlmittel K durch Prallkühlung gekühlt wird. Die Bohrungen
für die Kühlmittelzuführleitungen 29 sind bei der Herstellung
der Brennkammer 4 einfach und zeitsparend anzubringen,
da für jeden Kühlmittelverteiler 28 nur jeweils eine
Kühlmittelzuführleitung 29 benötigt wird.To further clarify the execution of the cooling for
the
Der jeweilige Kühlmittelverteiler 28 ist durch seine Formgebung
für einen besonders niedrigen Kühlmitteldruckverlust
ausgelegt. Dazu wird das Kühlmittel beim Durchströmen des
Kühlmittelverteilers 28 durch einen rotationssymmetrischen,
im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zylindrischen Verteilerraum
34 auf die Kühlmittelaustrittsöffnungen 30 verteilt. The
Alternativ kann, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, die
Kühlmittelzuführleitung 29 dabei für das durchströmende Kühlmittel
K strömungsgünstig mit einem sich kontinuierlich aufweitenden
Querschnitt mit dem Verteilerraum 34 verbunden
sein. Der Verteilerraum 34 ist durch ein Deckblech 36 verschlossen,
das eine Anzahl von Bohrungen zur Bildung der
Kühlmittelaustrittsöffnungen 30 enthält. Zur einfachen Fertigung
des Kühlmittelverteilers ist das Deckblech 36 mit der
Wandung 37 des Kühlmittelverteilers 28 verschweißt. Um eine
einfache Montage in der Brennkammerinnenwand durch Verschrauben
zu ermöglichen, weist das Deckblech 36 zudem für eine
Übertragung des Drehmoments von einem angepassten Werkzeug an
seiner Außenwand eine Anzahl von Aussparungen auf.Alternatively, as shown in FIG. 4, the
Wie in der Darstellung nach Fig. 4 weiterhin zu erkennen ist,
weisen die Kühlmittelaustrittsöffnungen 30 des Kühlmittelverteilers
28 in ihrer Summe einen kleineren Querschnitt auf als
die Kühlmittelzuführleitung 29 des Kühlmittelverteilers 28.
Dies führt bei dem Durchfluss des Kühlmittels K durch den
Kühlmittelverteiler 28 zu einem Düseneffekt und damit einhergehend
zu einer erhöhten Austrittsgeschwindigkeit des Kühlmittels
K an den Kühlmittelaustrittsöffnungen 30, wodurch
sich die Wirkung der Prallkühlung an den Hitzeschildelementen
26 erhöht.As can also be seen in the illustration according to FIG. 4,
have the
Der Kühlmittelverteiler 28 ist für eine besonders stabile Befestigung
an der Brennkammerwand 24 ausgelegt, die zugleich
für eine schnelle Montage und einfache Austauschbarkeit bei
Wartungsarbeiten geeignet ist. Der Kühlmittelverteiler 28 ist
dazu mit einem Gewinde 38 kühlmitteleintrittsseitig mit der
Brennkammerwand 24 verschraubt.The
Um die bei der Kühlung der Hitzeschildelemente 26 erfolgende
Erwärmung des durchströmenden Kühlmittels K für den thermodynamischen
Wirkungsgrad in günstiger Weise für den eigentlichen
Verbrennungsprozess nutzbar zu machen, ist vorgesehen,
das erwärmte Kühlmittel K zu den Brennern 10 zurückzuführen
und dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer 4 als ausschließliche
oder zusätzliche Verbrennungsluft zuzuführen. Um
das erwärmte Kühlmittel K von dem Innenraum 27 zwischen dem
jeweiligen Hitzeschildelement 26 und der Brennkammerwand 24
zu den Brennern 10 zu leiten, ist ein Kühlmittelabfuhrsystem
vorgesehen. Dieses Kühlmittelabfuhrsystem ist darauf ausgelegt,
das Kühlmittel K gleichmäßig bei annähernd gleicher
Temperatur über die gesamte Oberfläche der Brennkammer 10 abzuleiten,
um ein gleichmäßiges Temperaturprofil über den Hitzeschildelemente
26 und der Brennkammerwand 24 zu gewährleisten.The one that occurs when cooling the
Dazu wird das erwärmte Kühlmittel K durch eine Anzahl von
Kühlmittelrückführbohrungen 40 in der Brennkammerwänd 24 aus
dem Innenraum 27 zwischen der Brennkammerwand 24 und den Hitzeschildelementen
26 abgeleitet, wie dies in den Figuren 2, 5
und 6 dargestellt ist. Das Kühlmittel K kann durch die Zwischenräume
zwischen den Kühlmittelverteilern 28 zu den Öffnungen
der Kühlmittelrückführbohrungen 40 strömen. Dabei sind
die Kühlmittelrückführbohrungen 40 im gleichen Verhältnis wie
die Kühlmittelverteiler 28 gleichmäßig auf der Brennkammerwand
24 verteilt, so dass eine gleichförmige Kühlmittelabfuhr
und damit ein gleichmäßiges Temperaturprofil der Brennkammer
10 gewährleistet werden kann.For this purpose, the heated coolant K is replaced by a number of
Coolant return bores 40 in the
Wie in der Darstellung nach Fig. 6 erkennbar ist, mündet eine
Kühlmittelrückführbohrung 40 in einen im Wesentlichen parallel
zur Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M verlaufenden
Kühlmittelrückführkanal 42, durch den das Kühlmittel K in
Richtung der Brenner 10 abgeleitet wird. Eine Anzahl von
Rückführbohrungen 40 sind dabei derart geradlinig positioniert,
dass mehrere Kühlmittelrückführbohrungen 40 in einen
gemeinsamen Kühlmittelrückführkanal 42 münden, so dass dieser
als Sammelkanal für rückströmendes Kühlmittel wirkt. As can be seen in the illustration according to FIG. 6, one opens
Um das Kühlmittel K dem Verbrennungsprozess eines Brenners 10
zuzuführen, mündet der jeweilige Kühlmittelrückführkanal 42
brennerseitig in einen einem Brenner 10 zugeordneten Sammelraum
44, wie in Fig. 7 zu erkennen ist. Der nicht für die
Brennkammerkühlung verwendete Luftmassenstrom des Verdichters
2 wird über eine Drossel 45 dem Brenner zugeführt. Around the coolant K the combustion process of a
- 11
- Gasturbinegas turbine
- 22
- Verdichtercompressor
- 44
- Brennkammercombustion chamber
- 66
- Turbineturbine
- 88th
- Turbinenwelleturbine shaft
- 99
- Mittelachsecentral axis
- 1010
- Brennerburner
- 1212
- Laufschaufelnblades
- 1414
- Leitschaufelnvanes
- 1616
- Innengehäuseinner housing
- 1818
- Plattformplatform
- 2020
- Schaufelfußblade
- 2121
- Führungsringguide ring
- 2222
- äußeres Endeouter end
- 2424
- Brennkammerwandcombustion chamber wall
- 2626
- HitzeschildelementeHeat shield elements
- 2727
- Innenrauminner space
- 2828
- KühlmittelverteilerCoolant distributor
- 2929
- Kühlmittelzuführleitungcoolant supply line
- 3030
- KühlmittelaustrittsöffnungCoolant outlet opening
- 3434
- Verteilerraumdistribution space
- 3636
- Deckblechcover sheet
- 3737
- Wandungwall
- 3838
- Gewindethread
- 4040
- KühlmittelrückführbohrungenCoolant return holes
- 4242
- KühlmittelrückführkanalCoolant return channel
- 4444
- Sammelraumplenum
- MM
- Arbeitsmediumworking medium
- KK
- Kühlmittelcoolant
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02025334A EP1420208A1 (en) | 2002-11-13 | 2002-11-13 | Combustion chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP02025334A EP1420208A1 (en) | 2002-11-13 | 2002-11-13 | Combustion chamber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1420208A1 true EP1420208A1 (en) | 2004-05-19 |
Family
ID=32116244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP02025334A Withdrawn EP1420208A1 (en) | 2002-11-13 | 2002-11-13 | Combustion chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
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