SE453221B - Brennkammarfoder for gasturbinmotor - Google Patents

Description

lol 453 221 2 Föreliggande uppfinning avser således ett brännkammarfoder för en gasturbinmotor, som har en kompressor, varvid fodret innefattar en yttre fodervägg i huvudsak formad till cylindrisk form och som avgränsar en för- bränningszon, med axiellt mellanrum koncentriskt anordnade segmenterade ringelement som bildar en innervägg i förhållande till förbränningszonen och som har flänsar, som sträcker sig mot ytterväggen men är anordnade med något mellanrum till densamma, varvid flänsarna avgränsar längsgående kanaler med öppna ändar som omger ytterväggen, ett inlopp för att leda kylluft från kompressorn mellan ändarna av de längsgående kanalerna, så att en del strömmar mot och återstoden strömmar parallellt med flödet av förbränningsprodukterna, varvid bränslekammarfodret kännetecknas av att den cylindriska ytterväggen är trappformad till koniskt formade partier som sträcker sig mellan axiellt angränsande segmenterade ringelement hos fodrets innervägg, varvid flänsarna hos de segmenterade ringelementen slutar före nedströmsänden av elementen i innerväggen för att avgränsa. en läpp för återupprättande av en film av kylluft som strömmar ut från nämnda längsgående kanaler, varvid läppen sträcker sig in i de konformade partierna av den cylindriska ytterväggen.

Det förbättrade brännkammarfodret utmärks av att fordets livslängd ökas utan att dess vikt och komplexitet ökas och att man ändå minskar kostnaden för tillverkning av detsamma jämfört med hittills kända foder.

Andra särdrag och fördelar framgår av den följande beskrivningen och patentkraven och av de bifogade ritningarna, som illustrerar en utföringsform av uppfinningen och där: Fig. 1 är en partiell sektionsvy av ett brännkammarfoder och illustrerar detaljer av uppfinningen, Fig. 2 är en sektionsvy tagen längs linjen 2-2 i Fig. 1, Fig. 3 är en delvis bortbruten vy underifrån, som visar arrangemanget av utspädnings- och förbränningslufthâlen, och Fig. l+ är en partiell sektionsvy som visar en alternativ konstruktion med användning av flänsar för att avgränsa de längsgående kylkanalerna.

Det är inom ramen för uppfinningen avsett och uppenbart för fackmannen på omrâdet, att det vid föreliggande uppfinning avsedda fodret kan användas i en brännkammare av kann- eller ringtyp eller en kombination därav.

För ytterligare detaljer hos brännkammare som utnyttjar "Finwall"-material i fodret hänvisas till “TF-30"-motorn ovan.

Som framgår av Fig. 1-3 innefattar fodret, som allmänt illustreras med hänvisningssiffran 10, en yttre ringformig vägg 12 utformad att avgränsa en förbränningskammare lll, där förbränning sker. Som noteras däri strömmar de 453 221 3 heta förbränningsgaserna i den riktning som indikeras av den där angivna pilen.

Den generellt cylindriska ytterväggen är, som framgår, trappstegsformad till konformade sektioner för att avgränsa en jalusikonfiguration, som kommer att beskrivas mer detaljerat nedan.

I enlighet med uppfinningen är ett flertal ringformiga, med radiellt mellanrum anordnade, segmenterade väggar 16 löst anbringade vid ytterväggen 12, och vart och ett av dessa segment 16 uppbär ett flertal med längsgående mellanrum anordnade väggar 18, som sträcker sig radiellt mot ytterväggens 12 innerdiameter men inte är fästa vid denna. Väggarna 18 avgränsar längsgående kanaler 20, som sträcker sig i hetgasernas strömningsriktning i brännkammaren.

Som inses av det föregående tjänar kylluft (som utströmmar från kompressorn) från hålrummet som omger fodret 12, vilken släpps in i ett flertal inloppsöppningar 22 och perifera slitsar 23, som är placerade mellan de längsgående kanalernas 20 ändar, till att förgrena kylluften, så att en del därav strömmar in i längsgående kanaler 20 mot det heta förbränningsgasflödet, och en del strömmar in i de andra längsgående kanalerna 20 parallellt därmed. ' Kylluften som strömmar i dessa kanaler upptar effektivt värme genom konvektion, som avges i övergângszonerna uppströms och nedströms för att åstadkomma filmkylning.

För att öka filmkylningen är innerväggen förlängd bortom de längs- gående kanalerna 20 på nedströmsänden till att bilda en läpp 21:. Det utströmmande flödet formas sålunda till en film för att effektivt filmkyla den angränsande övergângszonen.

Som man kan se av den strömningsriktning som anges med pilarna, bildar kylluft som lämnar de längsgående kylkanalerna 20 en skyddsfilm längs övergångsytorna. På grund av den ogynnsamma miljön upplöses den film, som utströmmar vid nedströmsänden av kanalerna 20, längs en relativt kort sträcka.

För att bibehålla filmen så långt längs fodrets axiella längd och över den undre ytan av den varma foderväggen, blandas utströmningsflödet uppströms vid uppströmsänden av kanalen med flödet från nedströmsänden innanför läppen 21+ och återupprättar filmen, så att en skyddsfilm bildas under ytan av den varma foderväggen 16.

För att säkerställa att innerväggen 16 och dess förbundna längsgående väggar 18, som hänger ut därifrån, inte ligger an mot ytterväggen 12 vid värmeutvidgning och -deformering, är det föredraget att de segmenterade varma foderväggarna är segmenterade i perifeririktningen. Således är, såsom visas i Fig. 3, de inre foderväggarna 16 anordnade med perifert mellanrum kring den yttre foderväggen 12, vilket omger fodret med en konvektiv värmeväxling mellan 453 221 4 parallell- och motströmning av kylluft och förbränningsprodukterna.

Det inre fodret 16 kvarhålls löst av ett lämpligt antal fästorgan, som kan ha vilken välkänd form som helst. Som visas är varje panel fixerad på plats med fyra mutter-skruvenheter 30. Bulten eller skruven 32 är försänkt i den varma väggen 16 och sträcker sig genom en kompletterande öppning 314 utformad i den kalla väggen 12. Öppningens 34 diameter är bredare än bultens 32 skaft för att medge perifer värmeutvidgning. En bricka 38 är införd mellan väggen 12 och en lämplig kommersiellt tillgänglig självlåsande mutter 140. Muttern kan vara häftsvetsad vid änden av bulten 32 såsom anges med en svetsning 42.

Ett av de kritiska områden i fodret där hög spänningskoncentration är sannolik är i placeringarna för utspädnings- och förbränningslufthålen. I en föredragen utföringsform är dessa hål tänkta att placeras i övergångszonerna av fordret såsom visas i Fíg. 3. För att åstadkomma effektiv kylning utan störning av kylluftshastigheten i de längsgående kanalerna i sträckningen för dessa hål är ett rörelement 50 infört i hålet och sträcker sig in i förbränningskammaren llf.

Röret kan vara häftsvetsat vid kylfoderväggen 12 såsom visas med en svetsning 52. För att ytterligare öka kylningen är en läpp 54 utformad på rörets 50 nedströmssegment, så att den luft som utträder från den längsgående kanalens 20 uppströmsände slår emot rörets 50 sidovägg och vrids i den' riktning som visas av pilen och återupprättar en film för att bilda en skyddande kylluftsfilm över det partiet av den undre ytan av väggen 16 i närheten därav.

Fig. i; exemplifierar den flytande väggkonstruktionen, när flänsar som avgränsar de längsgående kanalerna används i stället för de utstående väggarna.

Som noteras är flänsarna 55 fästsvetsade vid den yttre ytan av den varma foderväggen 16, (samma hänvisningssiffror anger lika delar) såsom visas med svetsningar 56 och är anordnade på avstånd från väggen 12. Flänsarnas 55 kant intill segmenten 16 sträcker sig över mellanrummet mellan segmenten och är inte fäst. Detta säkerställer att väggarna kan värmeutvidgas utan att medföra överdrivna spänningar.

Genom att göra väggen rörlig såsom beskrivits ovan och genom att införa dessa förbättringar i fodrets kylningseffektivitet har det analytiskt fastställts att livslängden för ett foder konstruerat i enlighet med uppfinningen kan ökas väsentligen fyra gånger.

Givetvis är uppfinningen inte begränsad till de speciella utföringsformer som visas och beskrivs häri, utan olika förändringar och modifieringar kan göras utan att man avviker från grundtanken och omfattningen av denna nya uppfinning sådan den definieras av de efterföljande patentkraven.

Claims (5)

10 15 20 25 30 453 221 5 PATENTKRAV

1. l. Brännkammarfoder för en gasturbinmotor, som har en kompressor, varvid fodret innefattar en yttre fodervägâ (12) i huvudsak formad till cylindrisk form och som avgränsar en förbränningszon, med axiellt mellanrum koncentriskt anordnade segmenterade ringelement (16) som bildar en innervägg i förhållande till förbränningszonen och som har flänsar (18), som sträcker sig mot ytterväggen men är anordnade med något mellanrum till densamma, varvid flänsarna (18) avgränsar längsgående kanaler (20) med öppna ändar som omger ytterväggen, ett inlopp (22) för att leda kylluft från kompressorn mellan ändarna av de längsgående kanalerna (20), så att en del strömmar mot och återstoden strömmar parallellt med flödet av förbränningsprodukterna, k ä n n e t e c k n a t av att den cylindriska ytterväggen (12) är trappformad till koniskt formade partier som sträcker sig mellan axiellt angränsande segmente- rade ringelement (16) hos fodrets innervägg, varvid flänsarna (18) hos de segmenterade ringelementen (16) slutar- före nedströmsänden av elementen i innerväggen för att avgränsa en läpp (24) för âterupprättande av en film av kylluft som strömmar ut från nämnda längsgående kanaler, varvid läppen sträcker sig in i de konformade partierna av den cylindriska ytterväggen.

2. Brännkammarfoder enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att förbrännings- och utspädningslufthâl är anordnadei fodret vid de koniskt formade partierna.

3. Brännkammarfoder enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone ett av nämnda förbrännings- eller utspädningslufthål innefattar ett rörformigt element (50) fäst vid ytterväggen (l2) och som sträcker sig in i förbränningszonen, en fläns (54) som sträcker sig i huvudsak parallellt med ytterväggen (12) på nedströmsänden och halvt omger det rörformiga elementet (50) för att bilda en läpp för âterupprättande av en film av kylluft som lämnar de längsgående kanalerna (20) i det till röret (50) nedströms angränsande ringelementet (16) genom ett utrymme bildat däremellan.

4. Brännkammarfoder enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av organ för att anordna innerväggen rörligt, så att den rör sig koncentriskt relativt ytterväggen (l2) för att minimera värmespänningar som uppstår under förbränningen i brännkammaren, varvid nämnda organ innefattar fästorgan (30), som sträcker sig från innerväggen genom ytterväggen.

5. Brännkammarfoder enligt patentkravet ll, 453 221 6 k ä n n e t e c k n a t av att fästorganen innefattar åtminstone en fästanordning med ett skaft (32) som sträcker sig från innerväggen genom en öppning (314) i ytterväggen (12) och med större diameter än skaftet (32) för relativ perifer rörelse däri och organ (40, 42) för att fixera fästanordningen för att tillåta perifer värmeutvidgning utan att överföra en spänning från ena väggen till den andra väggen. u