SE468060B - Anordning foer att kyla en konstruktion - Google Patents

Description

42:.

C}\ FO CI\ CD Beroende på typen av gasturbinmotor kan dessa oförbrända kolväten, liksom kolmonoxid, uppfylla kraven på gasutsläpp. Vid en typ av gasturbinmotor, som nyligen framställts av General Electric, antogs emellertid mera restriktiva FAA- och ICAO-emissionskrav, vilket krävdes en konstruktionsändring för att reducera utsläppet av oförbrända kolväten och kolmonoxid för att tillfredsställa dessa.

Eftersom motorn är i produktion var det önskvärt att ändringarna skulle vara minimala inom de gränser som uppsattes av en tidigare existerande gasturbin- motorkonstruktion.

Ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny och förbättrad bränn- kammare för en gasturbinmotor.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny och förbättrad brännkammare, som är i stånd att reducera avgasutsläpp. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny och förbättrad brännkammare, som minskar avkylning av bränsle/luft-blandningen.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny och för- bättrad kylanordning för kylning av ett väggelement. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en brännkammare, som innefattar en anordning för kylning av ett foder hos densamma i ändamål att medge en ökning av temperaturen hos förbränningsgaser omedelbart intill en yta hos fodret, som är vänd mot förbränningsgaserna.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en brännkammare med en anordning för kylning av en foderdel hos densamma för att medge att film- kylning vid denna foderdel kan elimineras i ändamål att minska kylning av bränsle/luft-blandningen och reducera avgasutsläpp.

Sammanfattning av uppfinningen.

Ovanstående syften har uppnåtts genom att anordningen enligt upp- finningen erhållit de i krav 1 angivna kännetecknen.

Allmänt åstadkommer anordningen enligt uppfinningen brytkylning (breach coaling) av en vägg utan öppningar, såsom ett brännkammarfoder, för att förbättra dess kylning. Brytkylningen åstadkoms genom ett arrangemang inrättat att leda en kylfluid såsom en stråle mot en yttre yta av väggen, varvid strålen har tillräcklig impuls för att bryta ett gränsskikt av kyl- fluiden, som bildas över väggens yttre yta, så att strålen kan kontakta väggens yttre yta i och för mer effektiv kylning av den.

Vid en utföringsform av uppfinningen är den brytkylda väggen en uppströms belägen del av gasturbinmotorns brännkammare, och den inre, mot förbränningsgaserna vända ytan av brännkammarfodret kännetecknas av att den ej har något filmkylande gränsskikt av luft i ändamål att minska kylning av förbränningsgaserna och reducera avgasutsläpp.

Kort beskrivning av ritningarna.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 är en sektion genom en gasturbinmotors brännkammare enligt en ut- föringsform av uppfinningen, fig. 2 är en planvy av en del av en i fig. 1 visad detalj utefter linjen 2-2, 2 fig. 3 är en sektionsvy av en förstorad del av en första foderpanel av brännkammaren visad i fig. 1 enligt en utföringsform av uppfinningen, utefter linjen 3-3 i fig. 2, fig. 4 är en ändvy, delvis i sektion av den i fig. 3 visade första panelen utefter linjen 4-4, 5 _ fig. 5 är en perspektivvy, delvis i sektion av ett av de i fig. 3 visade inloppen, åskådliggörande ett flödesvändande skört enligt en utföringsform av uppfinningen, fig. 6 är en perspektivvy, delvis i sektion, av ett ihåligt gasturbin- motorblad innefattande en brytkyld konkav vägg enligt en annan utföringsform av uppfinningen. - Detaljerad beskrivning.

I fig. 1 visas en ringformig gasturbinmotorbrännkammare 10, som är anord- nad koncentriskt omkring en central axel 12 hos motorn. Uppströms brännkammaren är en konventionell kompressor (ej visad) anordnad, vilken tillför komprime- rad luft, eller kylfluid 14 till brännkammaren 10. å Brännkammaren 10 innefattar ett ringformigt yttre foder 16 med en yttre yta 18, som är vänd mot och skild från ett ringformigt hölje 20 så att det bildas en ringformig första passage 22 däremellan, som mottar en del av kyl- fluiden 14, Brännkammaren 10 innefattar även ett ringformigt inre foder 24 med en yttre yta 26, som är åtskild från och vänd mot ett inre hölje 28 till bildan- de av en ringformig andra passage 30 däremellan för mottagning av en del av kyl- fluiden 14. Det inre fodret 24 är åtskilt från det yttre fodret 16 till bildande av en förbränningszon 32 däremellan. Det yttre fodret 16 och det inre fodret 24 innefattar mot varandra vända inre ytor 34 resp. 36, vilka avgränsar förbrän- ningszonen 32. De inre och yttre fodren 24, 16 är formade av ett konventionellt metalliskt material såsom det kommersiellt tillgängliga Hastelloy X.

Brännkammaren 10 innefattar även en ringformig kupol 38, som är fast för- enad med uppströmsändar 40 och 42 hos det yttre fodret 16 resp. inre fodret 24.

Brännkammaren 10 innefattar även ett flertal perifert åtskilda förgasare 44, som är anordnade i kupolen 38, av vilka var och en innefattar en konventionell låg- trycks-bränsleinjektor 46 och en konventionell motroterande virvlingsenhet 48.

Bränslet 50 utmatas från ejektorn 46 in i virvelbildaren 48 och blandas med luften för att åstadkomma en bränsle-/luftblandning 52, som utmatas från ett utlopp 54 hos varje förgasare 44 in i förbränningszonen 32 i och för förbrän- ning, eller reagering i denna och generering av förbrännings- eller avgaser 56.

Avgaserna 56 strömmar genom brännkammaren 10 allmänt utefter en längsgående axel hos densamma och utmatas från ett brännkammarutlopp 60, från vilket de leds till en turbin (ej visad).

Vart och ett av de yttre och inre fodren 16 och 24 innefattar ett flertal i serie förenade foderpaneler innefattande en första foderpanel 62, som sträcker sig nedströms från kupolen 38 och följs i tur och ordning av en andra foderpanel 64 och en tredje foderpanel 66. Vid övergångarna mellan de första, andra och tredje foderpanelerna 62, 64 och 66 och vid nedströmsänden av den tredje foder- panelen 66 är konventionella filmkylningsorgan 68 anordnade, vart och ett inne- fattande en bakåtvänd U-formad ficka med en öppning i sin bas för utmatning av luften 14. Kylorganen 68 är inrättade att leda kylluft 14 från öppningarna i form av en gränsskiktsfilm 70 nedströms utefter de inre ytorna 34 och 36 av fod- ren i och för filmkylning av dessa.

Såtillvida som filmkylluften 70 är väsentligt kallare än förbränningsgas- erna 56 medför kylning av bränsle-/luftblandningen 52 genom filmen 70 att oför- brända kolväten och kolmonoxid bildas. För att reducera dessa avgasutsläpp modi- fierades en konventionell filmkyld brännkammare för ökning av temperaturen hos gränsskiktet utefter innerytorna 34 och 36 hos den första foderpanelen 62 i och för reducering av graden av kylning av bränsle-/luftblandningen*S2 och minskning av avgasutsläpp.

En modifikation konstruerades och byggdes så att den uppvisade reducerad, minsta mängd av filmkylning utefter den första foderpanelen 62. Provresultat visade emellertid att kylningsfilmen var för tunn och ostabil och fodertempera- turer ökade till oacceptabelt höga nivåer. Vid en annan modifikation, som bygg- des och provades, eliminerades filmkylning utefter den första foderpanelen 62 och utnyttjades i stället kylning genom användning av konventionell träff- eller stötkylningsteknik (impingement cooling). Stötkylning uppnåddes genom att anbringa en yttre vägg på avstånd över den första foderpanelen 62, vilken vägg innefattade ett relativt stort antal små konventionella stötkylningshål. Resul- tat av provning av två konstruktioner med stötkylning visade emellertid att ingendera kunde tillräckligt kyla den första foderpanelen 62 utan användning av filmkylning. ll! Tidigare har man upptäckt att tvärströmning i en konventionell träffkyl- ningskonstruktion reducerar verkan av träffkylning avsevärt. Vid konventionell stötkylning, som utnyttjar rader av axiellt åtskilda stöthål, bildar kylluft, som strömmar från de uppströms stötkylningshålen, ett gränsskikt av kylluft utefter fodrets yttre yta, och det antas att gränsskiktet reexciteras och/eller ökar i tjocklek med den kylluft, som matas genom närliggande stöthål och varje följande rad av stötkylningshål. Till följd därav är den effektiva värmeöver- föringsförmågan vid stötkylning begränsad av värmeöverföringsförmågan hos det sålunda bildade luftgränsskiktet.

Det har emellertid nu visat sig att i stället för att använda ett rela- tivt stort antal av relativt små konventionella stötkylningsöppningar, dvs. öka tätheten av sådana öppningar, för att öka kylfluidens värmeöverföringskoeffici- ent, användning av ett reducerat antal relativt stora kylöppningar kan resulte- ra i en avsevärd ökning av värmeöverföringskoefficienten för kylning av fodret.

Genom föreliggande uppfinning har en ny metod och anordning för kylning av en vägg i och för erhållande av en ökad värmeöverföring från denna åstadkom- mits. Detta uppnås genom en metod för "bryt"-kylning av en vägg utan hål, där en kylfluid leds som en stråle mot den yttre ytan av väggen, varvid strålen har tillräcklig impuls för att bryta, dvs. tränga igenom, gränsskiktet av kylfluid över den yttre väggytan, varvid strålen kontaktar den yttre väggytan.

I fig. 3 visas i mera detalj den första foderpanelen 62 hos det yttre fodret 16, varvid det är underförstått att en väsentligen identisk, men omvänd panel 62 även finns vid det inre fodret 24. Den första foderpanelen 62 är en brytkyld konstruktion innefattande en ej hålförsedd inre, eller första vägg 72, som sträcker sig från kupolen 38 vid uppströmsänden 40 av fodret till den andra foderväggen 64. Den inre väggen 72 innefattar en inre yta 74, som är vänd mot förbränningszonen 32 och en motstående yttre, eller första yta 76. Den första foderpanelen 62 innefattar vidare en bakre vägg 78, som sträcker sig utåt från den inre väggen 72 vid en bakre ände hos denna. En yttre, eller andra vägg 80 är åtskild från den inre väggen 72 och är på lämpligt sätt fästad vid en bakre ände hos denna vid den bakre väggen 78 och vid en uppströmsände hos själva den inre väggen 72 så att det bildas en innesluten kammare 82 däremellan. Den yttre väggen 80 innefattar ett flertal inloppsöppningar, eller helt enkelt inlopp, 84, som är vända mot den yttre ytan 76. Den bakre väggen 78 innefattar ett flertal perifert åtskilda utloppsöppningar, eller enkelt utlopp, 86 för utsläpp av kyl- fluiden 14 från kammaren 82.

Den första foderpanelen 62 innefattar vidare organ för ledning av kyl- fluiden 14 från vart och ett av inloppen 84 som en stråle 88 (dvs. strålar 88a, 88b,88c) tvärs kammaren 82 för att bryta ett gränsskikt av luft 90, som är utbildat utefter den yttre ytan 76, i ändamål att göra direkt kontakt med den -lš- C13 CD C~\ CI) yttre ytan 76. Organen för inledning av kylfluiden 14 innefattar bl.a. att in- loppen och utloppen 84 och 86 är så dimensionerade och belägna att impulsen (massan gånger hastigheten) hos kylfluidstrålen 88, som strömmar genom inloppen 84, är tillräcklig för att bryta gränsskiktet 90 i ändamål att uppnå kontakt med ytterytan 76.

För att underlätta vändning av kylfluiden 14 från en väsentligen längsgå- ende riktning över den yttre väggen 80 till en inåt förlöpande riktning snett mot den yttre väggen, är ett ringformigt flödesvändande skört 92, visat i fig. 3 och 5, företrädesvis fästat vid eller utbildat i ett stycke med varje inlopp 84.

Skörtet 92 sträcker sig företrädesvis under den yttre väggen 80 minst omkring två väggtjocklekar för att effektivt vända kylluften 14 och rikta strålarna 88.

Vid ett utförande av uppfinningen, som byggts och provats, var skörten 92 i stånd att rikta strålarna 88 mot den inre väggen 72 under en vinkel A av omkring 75°.

Fig. 3 visar att under drift av brännkammaren 10, kylfluiden 14 vid inioppen 84 har ett statiskt tryck P1, som representerar kefflPreS-Serutlevvs- tryck. Det statiska trycket hos kylfluiden 14 i kammaren 82 vid utloppet 86 har ett värde P2. Kylfluidens 14 statiska tryck i kylorganen 68 nedströms utloppet 86 har ett värde P3, som representerar det statiska trycket vid turbininlop- pet. Det totala tryckfallet, P1 - P3, som betecknas med P13, är ett givet värde och styrs av motorns arbetscykel.

Enligt ett annat särdrag hos föreliggande uppfinning görs ett första tryckfall P1 - P2, betecknat P12, på ett förutbestämt sätt större än ett andra tFYCkfä1l P2 - P3, betecknat P23, för att underlätta säkerställandet av brytkylning av innerväggen 72. Eftersom det totala statiska tryckfallet P13 är givet, kan inloppen 84 och utloppen 86 dimensioneras, så att det första tryckfallet P12 har ett maximivärde och det andra tryckfallet P23 har ett minimivärde för att säkerställa att alla strålarna 88 bryter gränsskiktet 90.

Detta kan ske genom att helt enkelt öka utloppens 86 strömningsarea så mycket som möjligt inom de fysiska gränser, som bestäms av kylorganen 68, under det att fortfarande en effektiv grad av filmkylning från utloppen 86 utefter innerytan 34 av den andra foderpanelen 64 nedströms den första foderpanelen 62 åstadkoms.

För jämförelsens skull kan det nämnas att i en konventionell stötkyld konstruktion det statiska tryckfallet över stöthålen är ungefär lika med det statiska tryckfallet över utloppshålen, som matar konventionella filmkylnings- organ.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen, visad fig. 2 och 3, innefattar inloppen 84 en första, uppströms belägen rad av perifert åtskilda 7 468 060 första inloppsöppningar 84a, en andra rad av perifert åtskilda andra inlopps- öppningar 84b, åtskilda i längsriktningen nedströms de första inloppen 84a följda, i sin tur, av en tredje rad av perifert åtskilda tredje, bakre inlopps- öppningar 84c. Vart och ett av inloppen 84a,84b och 84c har en flödesarea A1, A2 resp. A3, och är åtskilda vinkelrätt från den yttre ytan 76 en sträcka H1, H2 resp. H3~ En första stråle 88a av kylfluid 14 alstras av det första inloppet 84a för att kontakta en första uppströms del 76a av den yttre ytan 76 och bildar gränsskiktet 90, som har en impuls och en tjocklek T1, och kan strömma ned- ströms över en andra del 76b av den yttre ytan 76, som är vänd mot det andra in- 19PP9t 849- F1Öd@SäP@äfl Å2 av det andra inloppet 84b tillsammans med impulsen hos en andra stråle 88b, som alstras av det andra inloppet 84b är förutbestämt utvalda relativt tiockleken Tl och impuisen nas gränsskiktet 90 för att säker- ställa att den andra strålen 88b bryter gränsskiktet 90 i ändamål att kontakta den yttre andra ytdelen 76b.

På liknande sätt väljs flödesarean A3 hos det tredje inloppet 84c och impulsen hos en tredje stråle 88c, som alstras av det tredje inloppet 84c på ett förutbestämt sätt relativt impulsen och tjockleken T2 hos gränsskiktet 90, som strömmar över den yttre tredje ytdelen 76c för att säkerställa att den tredje strålen 88c bryter gränsskiktet 90 för att kontakta den yttre ytan 76.

Gränsskiktet 90 ökar i tjocklek i nedströmsriktningen eftersom mängden kylfluid 14 ökar från inloppen 84. Därför är tjockleken T3 större än T2, som i sin tur är större än T1. Ehuru vart och ett av inloppen 84a, 84b och 84c skulle kunna anpassas så att maximalt brytkylning med ett minimum av kylfluid 14 kunde erhållas för att bryta de respektive tjocklekarna hos gränsskiktet 90, kan för underlättande av framställningen, lika stora inlopp 84a, 84b och 84c väljas för att erhålla en effektiv grad av brytkylning. _ Antalet rader av inlopp 84 begränsas av förmågan hos strålarna 88 att tränga igenom gränsskiktet 90. För många rader av inlopp 84 kommer att medföra ett gränsskikt 90, som ej kan genomträngas av strålarna 88, vilket kommer att väsentligen reducera kylförmågan och värmeöverföringskoefficienten hos konstruk- tionen. Vid en gasturbinmotorbrännkammare, som konstruerades och provades, visade det sig att ett optimalt antal rader av inlopp 84 är begränsat till inte fler än tre rader. _ För att minimera styrkan och tjockleken hos gränsskiktet 90 och för att mera likformigt kyla innerväggen 72 föredras att de andra inloppen 84b är peri- fert åtskilda från de första inloppen 84a och tredje inloppen 84c såsom visas i fig. 3. 8 G68 Såtillvida som varje stråle 88 åstadkommer ett kylningsområde i den inre väggytan 76, är inloppen 84 åtskilda på ett förutbestämt sätt från varandra så att strålarnas 88 kylområden överlappar varandra i ändamål att erhålla en i huvudsak jämn temperatur hos innerväggens yttre yta 76. e Vid ett föredraget utförande, som byggts och provats, hade inloppen 84 en likformig diameter av 2,92 mm (0,115 inch) och åtskildes från varandra med 7,22 v mm (0,28 inch) i längsriktningen mellan raderna samt 19,6 mm (0,77 inch) i peri- feriktningen. Höjderna H1, H2 och H3 var 6,35, 7,52 resp- 8,89 mm (0,25, 0,30 resp. 0,35 inch). Det totala statiska trycket P13 var omkring 0,98 kp/cmz (14 pen, een ae: förste tryekfene: P12 var omkring 0,77 kp/cmz (11 psi) och det andra tryckfallet P23 var omkring 0,21 kp/cmz (3 pSi).

Av ovanstående kan konstruktionsparametrarna för erhållande av brytkyl- ning bestämmas på ett konventionellt sätt. Så kan exempelvis följande ekvationer användas: h = Nuk/D (1) där h är värmeöverföringskoefficienten hos den yttre ytan 76 vid varje av inlopp 84, Nu är det konventionellt kända Nusselt-talet, som är en funktion av storlek, avstånd och stigning hos inloppen 84 och vinkeln A hos strålarna 88, k är värme- ledningsförmågan hos kylfluiden 14 och D är inloppens 84 diameter.

Nu = cRe "1Pr1/3 (H/o)-°91 (2) där den ytterligare parametern C är en konstant, m är en variabel, Re är det konventionellt kända Reynolds-tal, Pr är det konventionellt kända Prandtl-talet, som är väsentligen konstant för kylfluiden 14 vid en given temperatur, samt H ar höjden H1, H2 eller H3 hos inloppen 84. Parametrarna C och m bestäms kon- ventionellt av empiriska data från särskilda tillämpningar och är en funktion av tiocklek och impuls hos gränsskiktet 90.

Re = ff vn/p (3) där den ytterligare parameternjflär tätheten hos kylfluiden 14, V är hastigheten hos strålen 88 ochlp är den absoluta viskositetskoefficienten hos kylfluiden 14. m) V = N/<('Ae (4) där den ytterligare parametern W är masströmningshastigheten hos kylfluiden 14 sefwm varje rad av inlopp 84. och Ae är den kenventieneiit kände effektiva ytan hos varje rad av inlopp 84 (t.ex. A1, A2, A3).

W = (Ae/Ået) Wt (5) där den ytterligare parametern Aet är summan av den effektiva arean av alla lnl0DD5Fäd@f"ä 0Ch Wt är den totala masströmningshastigheten. 468 068 där den ytterligare parametern Aeo är den totala effektiva flödesarean hos inloppen 84 och utloppen 86. + _____ _ 1 1 2 __? _*-z (7) Aeo Aet Aed _ där den ytterligare parametern Aed är summan av utloppens 86 effektiva areor.

Dessa ekvationer kan användas för att bestämma värmeöverföringskoeffici- enten h på grund av varje rad av strålar 88 baserat på de ovannämnda parametrar- na. En iterativ teknik används för att variera konstruktionsparametrarna för er- hållande av en värmeöverföringskoefficient h, som är större än den som skulle erhållas vid konventionell träffkylning.

En värmeöverföringskoefficient h av omkring 900 kcal/tim . m2". °C (600 btu/hr-ft2-°F) är exempelvis typisk för konventionell träffkylning. I motsats härtill erhölls en värmeöverföringskoefficient h av omkring 1350 kcal/tim . m2 . °C (900 btu/hr-ftz-°F) för den föredragna utföringsfor- men av brytkylning, som visas i fig. 3. Detta representerar en avsevärd 50%-ig förbättring. Den avsevärda fördelen med brytkylning understryks ytterligare i jämförelse med konventionell filmkylning av en backyta hos ett ej hålförsett foder, som resulterar i en typisk värmeöverföringskoefficient av omkring endast 4so kca1(:1m . m2 . °c (zoo btu/nr-ft?-°F).

Begränsningen av antalet rader av inloppen 84 kan uppskattas från foljan- de ekvationer: ' hmedel där hmedeï är medel-värmeöverföringskoefficienten på grund av en särskild rac.

K och c är konstanter, och N är det totala antalet rader av inlopp 84. For er rad av inlopp skulle K vara lika med medel-värmeöverföringskoefficienten for denna rad. ht = hmede1<1-alu-1)) <9) där den ytterligare parametern ht är medel-värmeöverföringskoefficienten på grund av alla inloppen 84. = ke-Cl"-1) (sl När antalet rader N av inlopp 84 ökar minskar följaktligen medel-värme- överförínggkoeffiçienten ht på grund av alla inloppen. Ekvationerna 8 och 9 representerar verkan av gränsskiktets 90 ökande tjocklek. När ett relativt stort antal rader N används förloras brytkylningseffekten, vilket närmare bestämt med- för att man erhåller en konventionell träffkyld konstruktion. Såsom antytts ovan visar sig vid en utföringsform av uppfinningen tre rader av inlopp 84 vara effektiva för erhållande av brytkylning. 46 O Ü 0 0 Såsom visas i fig. 3 och 4 är den inre väggen 72 skild från och överlap- par den andra foderpanelen 64 till bildande av kylanordningen 68, som innefattar en nedströmsände av innerväggen 72, en del av den bakre väggen 78 innefattande utloppen 86, samt en uppströms del av den andra foderpanelen 64. Kylfluiden 14 utmatas från kammaren 82 genom utloppen 86 och bringas av kylanordningarna 68 att strömma som gränsskiktsfilmen 70 av kylluft utefter den inre ytan 34 av det yttre fodret 16 på konventionellt känt sätt.

Den brytkylda strukturen, dvs. den första foderpanelen 62, som visas väsentligen i fig. 3, provades och visade sig vara verksam för uppnående av ac- ceptabelt låga temperaturer hos innervägen 72 genom bortledning av värme från innervägen 72, vilken hade en värmeflödeshastighet av omkring 1.220.670 kcal/tim . m2 (450.000 btu/hr-ft2), eftersom ingen filmkylning på förbränningssidan av väggen användes. Detta är en avsevärd ökning av värmeflödet jämfört med det värmeflöde av omkring 405.000 kcal/tim . m2 (150.000 btu/hr-ftz), som typiskt återfinns i ett konventionellt foder, som är försett med huvudsakligen filmkylning av den yta hos fodret, som är vänd mot förbränningszonen.

Såtillvida som det höga värmeflödet genom den första foderpanelen 62 ef- fektivt bortleds genom brytkylningen, kan brännkammaren 10 drivas utan filmkyl- ning av innerytan hos den första panelen 62, vilket ökar den temperatur, som bränsle-/luftblandningen 52 utsätts för utefter den inre väggen 72, och medför reducerade avgasutsläpp. Vid den provade utföringsform arbetade innerytan vid omkring 820°C (1500°F) utan behov av filmkylning.

För att ytterligare reducera utsläppen av oförbrända kolväten och kolmon- oxid, innefattar en föredragen utföringsform av uppfinningen vidare en värme- spärrbeläggning 94 över hela innerytan 74 av innerväggen 72. Beläggningen 94 är konventionell och 8 % yttrium-zirkonium användes vid den föredragna utförings- formen med en tjocklek av omkring 2,5 . 10'5cm (10 mil). Med beläggningen 94 reducerades värmeflödet genom innerväggen 72 till omkring 810.000 kcal/tim . m2 (300.000 btu/hr-ft2). Genom användning av beläggningen 94 utsattes den mot förbränningszonen 32 vända ytan av beläggningen 94 för en temperatur av omkring 195005 (lgooop) vid den provade föredragna utföringsformen, och vid denna temperatur reducerades oförbrända kolväten och kolmonoxid avsevärt så att brännkammaren 10 var i stånd att uppfylla de strängare, nyligen utfärdade ut- släppsbestämmelserna från FAA och ICAO.

Den brytkylda första foderpanelen 62 används enbart som fodret omedelbart nedströms kupolen 38 av flera skäl. Ehuru den brytkylda foderpanelen 32 har en hög värmeöverföringskoefficient föreligger det en relativt stor temperaturskill- nad från innerytan 74 till ytterytan 76. Stora temperaturgradienter är vanligen 11 468 060 ej önskvärda på grund av att de kan förkorta konstruktionens livslängd. Eftersom förbränning sker huvudsakligen i förbränningszonen 32 i närheten av och omedel- bart nedströms om kupolen 38 och vanligen inom den första foderpanelen 62, visar sig brytkylning av den första foderpanelen 62 endast vara effektiv för att till- räckligt reducera avgasutsläppen i ändamål att uppfylla FAA- och ICAO-kraven. De andra och tredje foderpanelerna 64 och 66 kvarstår huvudsakligen oförändrade från den ursprungliga och konventionella filmkylningskonstruktionen. Eftersom den första foderpanelen 62 arbetar utan filmkylning av innerytan för att reduce- ra avgasutsläpp, visar det sig att konventionell kylning, innefattande träffkyl- ning, ej var tillräcklig för att effektivt kyla en ej hålförsedd fodervägg. Det visade sig även att endast brytkylning enligt uppfinningen var i stånd att till- räcklig kyla den ej hålförsedda innerväggen 72.

Ehuru uppfinningen tänktes avsedd för att reducera avgasutsläpp från en brännkammare, är det klart att den förbättrade kylning, som uppnås genom den beskrivna brytkylningskonstruktionen, kan användas i andra konstruktioner, som kräver kylning. I fig. 6 visas exempelvis ett ihåligt rotorblad 96 för en gas- turbinmotor, genom vilket kylfluiden 14 strömmar. Bladet 96 innefattar en icke hålförsedd konkav yttre, eller första vägg 98 med en inre, första yta 100 och en yttre andra yta 102, över vilken förbränningsgasen strömmar. En insats, eller andra vägg 104 är anordnad i bladet 96 och åtskild från den inre ytan 100 till bildande av en kammare 106. Insatsen 104 innefattar tre axiellt åtskilda rader, vardera innefattande ett flertal radiellt åtskilda inlopp 108. Bladen 96 inne- fattar ett flertal radiellt åtskilda bakkantsutlopp 110, som släpper ut kylfluid från kammaren 106. Insatsen 104, den konkava väggen 98, inloppen 108 och utlop- pen 110 liknar i huvudsak brytkylningskonstruktionen enligt fig. 2. Inloppen 108 och utloppen 110 är företrädesvis dimensionerade och formade så att de ger bryt- kylning av den konkava sidan 98 av blocket 96. : Uppfinningen är givetvis inte begränsad till ovan beskrivna och på rit- ningarna visade utföringsformer utan kan modifieras inom ramen för patent- kraven.

Ehuru endast det första fodret 62 har visats såsom brytkylt, kan exempel- vis vilken foderdel som helst, eller ett helt brännarfoder vara brytkylt, bero- ende på speciella konstruktionskrav. Ehuru vid ett utförande tre rader av inlopp 84 visat sig ge optimal kylning, är det verkliga antalet av rader endast begränsat av förmågan att uppnå en förbättrad värmeöverföringskoefficient på grund av den här beskrivna brytkylningen.

Claims (15)

..!T=. CA 12 CT) ON Patentkrav.

1. Anordning för att kyla en konstruktion innefattande en icke hålförsedd första vägg (72) med en första yta (76), en andra vägg (80) belägen på avstånd från den första väggen och förenad med denna till avgränsning av en innesluten kammare (82), ledorgan innefattande den andra väggen och uppvisande ett flertal i längsled åtskilda rader av inlopp (84), som är vända mot den första väggens (72) nämnda första yta för ledning av kylfluid genom inloppen in i kammarn (82), till bildande av ett gränsskikt av kylfluid utefter nämnda första yta av den första väggen, varvid kammaren innefattar ett flertal utlopp (86) för utsläpp av kylfluid från densamma, kännetecknad av att nämnda ledorgan är anordnade för ledning av kylfluiden i form av strå- lar från inloppen hos en nedströms belägen av nämnda inlopps- rader genom kammaren (82), varvid nämnda inlopp (84) och utlopp (86), vilka ingår i nämnda ledorgan, är så dimensionerade och belägna att de alstrar nämnda strålar av kylfluid från nämnda inlopp in i kammaren så att de bibringas tillräcklig impuls för att bryta gränsskiktet (90) av kylfluid på nämnda första väggyta för kylning av densamma, och att inloppen och utloppen vidare är dimensionerade för att alstra ett första tryckfall över inloppen och ett andra tryckfall över utloppen, där det första tryck- fallet är större än det andra tryckfallet. r

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda båda tryckfall är lika med ett förutbestämt totalt statiskt tryckfall över inloppen (84) och utloppen (86), vilka är så dimensionerade att det första tryckfallet representerar ett maximivärde och det andra tryckfallet representerar ett minimivärde i ändamål att förstärka brytkylningen av den första väggen (72).

3. 1-11 Anornding enligt krav 2, kännetecknad av att inloppen (84) och utloppen (86) är dimensionerade för erhållande av en för- stärkt brytkylning av den första väggen (72) under det att en effektiv filmkylning från utloppen (86) erhålls utefter en inre yta (34) hos en andra vägg (64) anordnad nedströms den brytkylda väggen (76). f!

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att inloppen (84) 13 463 060 innefattar en första rad perifert åtskilda första inlopp (84a) och en andra rad perifert åtskilda andra inlopp (84b) åtskilda i längsled nedströms från de första inloppen, varvid nämnda första och andra inlopp och nämnda utlopp är dimensionerade och belägna så att de alstrar en första stråle (88a) av kylfluid från vart och ett av de första inloppen (84a) för att kontakta en första del (76a) av den första väggens första yta och bilda ett gräns- skikt (90) av kylfluid, och med en impuls och en tjocklek för att strömma nedströms över en andra del (76b) av den första väggens första yta vänd mot de andra inloppen (84b), varvid vart och ett av de andra inloppen är dimensionerat att ha en flödes- area och att alstra en andra stråle (88b) av kylfluiden upp- visande en impuls, vilken andra inloppsflödesarea och strålim- puls företrädesvis är så valda relativt gränsskiktets (90) tjocklek och impuls att det säkerställs att den andra strålen (88b) bryter gränsskiktet (90) för att kontakta den första väggytan (72).

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad.av en tredje rad av ett flertal perifert åtskilda tredje inlopp (84c) anordnade nedströms den andra raden och vända mot en tredje del av den första väggens första yta, varvid vart och ett av de tredje inloppen är dimensionerade för att uppvisa en flödesarea och alstra en tredje stråle av kylfluiden med impuls; varvid nämnda flödesarea hos de tredje inloppen och nämnda strålimpuls företrädesvis är valda så relativt tjockleken och impulsen hos gränsskiktet, som strömmar över den tredje delen (76c) av den första väggytan, att det säkerställs att den tredje strålen bryter gränsskiktet i ändamål att kontakta den första väggen (72) hos den första ytan (76).

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att den andra väggen (80) inte innefattar mer än tre rader av inlopp.

7. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att de andra inloppen (84b) är perifert åtskilda från både de första och tredje inloppen.

8. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att vart och ett av inloppen (84) innefattar en skörtdel (92) för att förbättra vändning av en kylfluid från en allmänt längsgående nedströms- riktning utefter en yttre yta av den andra väggen (80) mot en inåtvänd riktning snett från den andra väggen mot den första Ch CO E C)'\ ï 14 väggen.

9. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att var och en av strålarna (88) åstadkommer ett kylområde i den första väggens (72) första yta (76), och att inloppen (84) företrädesvis är Å åtskilda från varandra, så att strålarnas kylområden överlappar varandra i ändamål att erhålla en väsentligen likformig tempera- “ tur över den första väggens första yta.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av att densamma utgör del av en gasturbinmotors brännkammare (10), som innefat- tar ett inre foder (24), vilket är åtskilt från det yttre fodret (16) för att däremellan avgränsa en förbränningszon (32), vilka inre och yttre foder har första foderpaneler (62), som är för- enade med en ringformig kupol (38), vilken innefattar ett fler- tal perifert åtskilda förgasare (44) anordnade att åstadkomma en bränsle-/luftblandning, som är brännbar i förbränningszonen (32), vilka inre och yttre foder (24,16) vidare innefattar andra foderpaneler (64), som sträcker sig nedströms från de första foderpanelerna, vilka första foderpaneler (62) var och en in- nefattar kylanordningen, hos vilken den första väggen (72) är en innervägg och den andra väggen (80) är en yttre vägg ovch de inre väggarna avgränsar en del av förbränningszonen (32) och utloppen (86) utmatar kylfluid som en film utefter inre ytor (34) hos de andra foderpanelerna (64) för filmkylning av dessa.

11. Anordning enligt krav 10, kännetecknad av att de inre väggarna (72) innefattar inre ytor, som är vända mot förbrän- ningszonen och utsatta för strålning och konvektionsuppvärmning från förbränningszonen, varvid brännkammaren (10) saknar film- kylning av nämnda inre ytor (74) av den inre väggen (72) för att reducera utsläpp av oförbrända kolväten och kolmonoxid.

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad av att nämnda inre ytor (74) innefattar ett värmeskyddsskikt (94) för att ytterli- gare reducera utsläpp av oförbrända kolväten och kolmonoxid.

13. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att densamma bildar del av ett gasturbinmotorblad (96), där nämnda ej hålför- sedda första vägg (98) är en del av en yttre vägg av bladet (98) och den andra väggen är en insats (104) anordnad inuti bladet.

14.Anordning enligt krav 13, kännetecknad av att kammarut- loppen (110) utgöres av ett flertal utlopp belägna i en bakre kant av bladet. f 1) v 15 -D_- O'\ C? CD O\ CD

15. Anordning enligt krav 13, kännetecknad av att insatsen ej innefattar fler än tre rader av inloppen (108).