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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen Gasturbinentriebwerke und insbesondere
Brennkammern für
Gasturbinentriebwerke.
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Brennkammern
dienen zum Zünden
von Brennstoff-Luft-Gemischen in Gasturbinentriebwerken. Bekannte
Brennkammern, wie sie in der US-Patenanmeldung US A 5 329 761 beschrieben
sind, enthalten wenigstens einen Dom, der an einer Brennkammerwand
befestigt ist, die eine Verbrennungszone definiert. Brennstoffinjektoren
sind an der Brennkammer befestigt, stehen in Strömungsverbindung mit dem Dom
und führen
der Verbrennungszone Brennstoff zu. Brennstoff strömt durch
eine an einer Arena- oder Domplatte befestigten Domanordnung in die
Brennkammer.
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Die
Domanordnung weist einen Luftdrallerzeuger auf, der an der Domplatte
befestigt ist und sich von einem ausgestellten Konus radial nach
innen erstreckt. Der ausgestellte Konus ist divergent und erstreckt
sich von dem Luftdrallerzeuger radial nach außen, um das Vermischen von
Luft und Brennstoff und das radial nach außen erfolgende Verteilen des
Gemischs in der Verbrennungszone zu ermöglichen. Eine divergente Ablenkvorrichtung
erstreckt sich in Umfangsrichtung um den ausgestellten Konus herum
und von dem ausgestellten Konus radial nach außen. Die Ablenkvorrichtung
verhindert, dass in der Verbrennungszone erzeugte heiße Verbrennungsgase
auf die Domplatte prallen.
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Während des
Betriebs wird in die Verbrennungszone ausgegebener Brennstoff durch
den Luftdrallerzeuger mit Luft kombiniert und kann entlang dem ausgestellten
Konus und der Ab lenkvorrichtung einen Film bilden. Dieses Brennstoffgemisch
kann verbrennen, wodurch hohe Gastemperaturen hervorgerufen werden.
Längerer
Kontakt mit den erhöhten Temperaturen
verstärkt
die Oxidationsbildung an dem ausgestellten Konus und kann zum Schmelzen oder
zur Beschädigung
des ausgestellten Konus führen.
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Um
das Reduzieren der Betriebstemperaturen des ausgestellten Konus
zu ermöglichen,
führen wenigstens
einige bekannte Brennkammerdomanordnungen Kühlluft zur Konvektionskühlung der
Domanordnung durch einen Spalt, der sich teilweise in Umfangsrichtung
zwischen dem ausgestellten Konus und der Ablenkvorrichtung erstreckt.
Solche Domanordnungen sind komplexe, mehrteilige Anordnungen, für deren
Herstellung und Montage mehrere Hartlötvorgänge erforderlich sind. Zusätzlich kann
sich während
der Nutzung die Kühlluft
mit den Verbrennungsgasen vermischen und sich nachteilig auf die
Brennkammeremissionen auswirken.
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Da
es auch komplex ist, die mehrteiligen Brennkammerdomanordnungen
zu Wartungszwecken zu zerlegen, sind wenigstens einige andere bekannte
Brennkammerdomanordnungen einteilige Anordnungen. Obwohl diese Domanordnungen
die Reduzierung von Brennkammeremissionen ermöglichen, führen die Anordnungen keine
Kühlluft
zu den Domanordnungen und können
sich als solche nachteilig auf die Haltbarkeit der Ablenkvorrichtung
und des ausgestellten Konus auswirken.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform ermöglicht eine
einteilige Anordnung aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus
für die
Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks auf kosteneffiziente und
zuverlässige
Weise die Verlängerung
der Betriebslebensdauer der Brennkammer, ohne dass dies zu Lasten
der Brennkammerleistung geht. Die Konusanordnung weist einen einteiligen
Ablenkvorrichtungsabschnitt und einen Abschnitt mit ausgestelltem Konus
auf. Der Ablenkvorrichtungsabschnitt weist eine integrierte Öffnung auf,
die sich zur Aufnahme von Kühlfluid
in dem Ablenkvorrichtungsabschnitt in Umfangsrichtung durch diesen
erstreckt. Die Ablenkvorrichtungsöffnung steht in Umfangsrichtung
zudem in Strömungsverbindung
mit dem Abschnitt mit ausgestelltem Konus.
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Während des
Betriebs wird durch die Ablenkvorrichtungsöffnung zugeführtes Kühlfluid
zur Filmkühlung
eines Abschnitts der Ablenkvorrichtung verwendet. Die Filmkühlung ermöglicht das
Senken der Betriebstemperatur der Ablenkvorrichtung und dadurch
die Verlängerung
der Betriebslebensdauer der Ablenkvorrichtung. Da die Betriebstemperatur
der Ablenkvorrichtung gesenkt wird, wird darüber hinaus auch die Oxidationsbildung
an der Ablenkvorrichtung reduziert. Hinzu kommt, dass durch die Öffnung ausgegebenes
Kühlfluid
zudem zur Prallkühlung
des Abschnitts mit ausgestelltem Konus verwendet wird. Die Ablenkvorrichtung
ermöglicht
die Reduzierung der Vermischung zwischen dem Kühlfluid und den Verbrennungsgasen.
Infolgedessen ermöglicht
die Ablenkvorrichtungsöffnung
das Senken der Brennkammerbetriebstemperaturen, um die Brennkammerleistung
zu verbessern und die Betriebslebensdauer der Brennkammer zu verlängern, ohne
dass dies zu Lasten der Brennkammerleistung geht.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels detaillierter
beschrieben, wobei auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen
wird:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks.
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2 ist
eine Querschnittansicht einer Brennkammer, die in dem in 1 dargestellten Gasturbinentriebwerk
verwendet wird.
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Bereichs 3 der in 2 dargestellten Brennkammer.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10,
das eine Fan-Baugruppe 12, einen Hochdruckverdichter 14 und
eine Brennkammer 16 aufweist. Das Triebwerk 10 weist außerdem eine
Hochdruckturbine 18, eine Niederdruckturbine 20 und
einen Booster 22 auf. Die Fan-Baugruppe 12 weist
eine Anordnung von Fan-Schaufeln 24 auf, die sich von einem
Laufrad 26 radial nach außen erstrecken. Das Triebwerk 10 hat eine
Einlassseite 28 und eine Auslassseite 30. In einer
Ausführungsform
handelt es sich bei dem Gasturbinentriebwerk um ein GE90-Triebwerk,
das bei der General Electric Company in Cincinatti (USA) erhältlich ist.
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Während des
Betriebs durchströmt
Luft die Fan-Baugruppe 12, und die verdichtete Luft wird
dem Hochdruckverdichter 14 zugeführt. Die hochverdichtete Luft
wird an die Brennkammer 16 geliefert. Der von der Brennkammer 16 abgehende
Luftstrom treibt die Turbinen 18 und 20 an, und
die Turbine 20 treibt die Fan-Baugruppe 12 an.
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2 ist
eine Querschnittansicht einer Brennkammer, die in dem Gasturbinentriebwerk 10 (dargestellt
in 1) verwendet wird. 3 ist eine vergrößerte Ansicht
des in 2 dargestellten Bereichs 3 der Brennkammer 16.
Die Brennkammer 16 weist eine ringförmige äußere Wand 40, eine
ringförmige
innere Wand 42 und ein gewölbtes Ende 44 auf, das
sich zwischen der äußeren und
der inneren Wand 40 bzw. 42 erstreckt. Die äußere Wand 40 und die
innere Wand 42 definieren eine Verbrennungskammer 46.
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Die
Verbrennungskammer 46 hat eine im Allgemeinen ringförmige Form
und ist zwischen den Wänden 40 und 42 angeordnet.
Die äußeren und
inneren Wände 40 und 42 erstrecken
sich zu einem Turbinenleitrad 56, das stromabwärts von
dem gewölbten
Ende 44 der Brennkammer angeordnet ist. In der exemplarischen
Ausführungsform
weisen die äußeren und
inneren Wände 40 und 42 jeweils
eine Anzahl von Feldern 58 mit einer Reihe von Stufen 60 auf,
die jeweils einen eindeutigen Abschnitt der Brennkammerwände 40 und 42 bilden.
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Die äußere Wand 40 und
die innere Wand 42 weisen jeweils einen haubenförmigen Aufsatz 64 bzw. 66 auf.
Der innere haubenförmige
Aufsatz 66 und der äußere haubenförmige Aufsatz 64 sind stromaufwärts von
den Feldern 58 angeordnet und definieren eine Öffnung 68.
Genauer gesagt sind die Felder 58 der äußeren und inneren Wand in Reihe miteinander
verbunden und erstrecken sich stromabwärts von den haubenförmigen Aufsätzen 66 bzw. 64.
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In
der exemplarischen Ausführungsform weist
das gewölbte
Ende 44 der Brennkammer eine ringförmige Domanordnung 70 auf,
die in einer Einzelringkonfiguration angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform
weist das gewölbte
Ende 44 der Brennkammer eine Domanordnung 70 auf,
die in einer Doppelringkonfiguration angeordnet ist. In einer weiteren
Ausführungsform
weist das gewölbte
Ende 44 der Brennkammer eine Domanordnung 70 auf,
die in einer Dreifachringkonfiguration angeordnet ist. Die Brennkammerdomanordnung 70 bewirkt
die strukturelle Stützung
eines vorderen Endes 72 der Brennkammer 16, und
jede weist eine Dom- oder Arenaplatte 74 sowie eine einteilige
Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus
auf, zu der ein Ablenkvorrichtungsabschnitt 76 und ein
Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus gehören.
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Der
Brennkammer 16 wird Brennstoff über einen Brennstoffinjektor 80 zugeführt, der
mit einer Brennstoffquelle (nicht dargestellt) verbunden ist und sich
durch das gewölbte
Ende 44 der Brennkammer erstreckt. Genauer gesagt erstreckt sich
der Brennstoffinjektor 80 durch die Domanordnung 70 und
gibt Brennstoff in eine Richtung (nicht dargestellt) aus, die im
Wesentlichen konzentrisch in Bezug zu einer Längssymmetriemittelachse 82 der
Brennkammer verläuft.
Die Brennkammer 16 weist zudem einen Brennstoffzünder 84 auf,
der sich stromabwärts
von dem Brennstoffinjektor 80 in die Brennkammer 16 erstreckt.
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Die
Brennkammer 16 weist zudem einen symmetrisch um die Längssymmetriemittelachse 82 angeordneten
ringförmigen
Luftdrallerzeuger 90 mit einem ringförmigen Austrittkonus 92 auf.
Der Austrittkonus 92 weist eine radiale Außenfläche 84 und
eine radiale, nach innen zeigende Anströmfläche 96 auf. Der ringförmige Luftdrallerzeuger 90 weist
eine radiale Außenfläche 100 und
eine radial nach innen zeigende Anströmfläche 102 auf. Die Anströmfläche 96 des
Austrittkonus und die Anströmfläche 102 des Luftdrallerzeugers
definieren einen hinteren Venturi-Kanal 104, der dazu dient,
einen Teil der Luft durch diesen hindurch und stromabwärts zu kanalisieren.
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Genauer
gesagt weist der Austrittkonus 92 einen integral mit diesem
ausgeformten, nach außen abstehenden
Flanschabschnitt 110 auf. Der Flanschabschnitt 110 des
Austrittkonus weist eine sich von der Anströmfläche 96 des Austrittkonus
erstreckende, stromaufwärts
gerichtete Fläche 112 und eine
im Wesentlichen parallele, stromabwärts gerichtete Fläche 114 auf,
die im Allgemeinen rechtwinklig zu der Anströmfläche 96 des Austrittkonus
angeordnet ist. Der Luftdrallerzeuger 90 weist einen integral mit
diesem ausgeformten, nach außen
abstehenden radialen Flanschabschnitt 116 mit einer stromaufwärts gerichteten
Fläche 118 und
einer im Wesentlichen parallelen, stromabwärts gerichteten Fläche 120 auf,
die sich von der Anströmfläche 102 des
Luftdrallerzeugers erstreckt. Die Flanschflächen 118 und 120 des
Luftdrallerzeugers sind im Wesentlichen parallel zu den Flanschflächen 112 und 114 des Austrittkonus
und im Wesentlichen rechtwinklig zu der Anströmfläche 102 des Luftdrallerzeugers
angeordnet.
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Der
Luftdrallerzeuger 90 weist zudem eine Anzahl von in Umfangsrichtung
voneinander beabstandeten Drallschaufeln 130 auf. Genauer
gesagt ist eine Anzahl von hinteren Drallschaufeln 132 innerhalb
des hinteren Venturi-Kanals 104 gleitend mit dem Flanschabschnitt 110 des
Austrittkonus verbunden. Eine Anzahl von vorderen Drallschaufeln 134 ist innerhalb
eines vorderen Venturi-Kanals 136 gleitend mit dem Flanschabschnitt 116 des
Luftdrallerzeugers verbunden. Der vordere Venturi-Kanal 136 ist
zwischen dem Flanschabschnitt 116 des Luftdrallerzeugers
und einer stromabwärts
gerichteten Seite 138 einer ringförmigen Trageplatte 140 definiert.
Der vordere Venturi-Kanal 136 ist im Wesentlichen parallel zu
dem hinteren Venturi-Kanal 104 angeordnet und erstreckt
sich radial nach innen zu der Längssymmetriemittelachse 82.
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Die
Flanschabschnittsflächen 118 und 120 des
Luftdrallerzeugers sind im Wesentlichen eben, und die Anströmfläche 102 des
Luftdrallerzeugers ist im Wesentlichen konvex und definiert eine
vordere Venturi-Düse 146.
Die vordere Venturi-Düse 146 weist
eine vordere Verengung 150 auf, die einen minimalen Strömungsquerschnitt
definiert. Die vordere Venturi-Düse 146 erstreckt
sich von dem hinteren Venturi-Kanal 104 radial nach innen
und ist von diesem durch den Luftdrallerzeuger 90 getrennt.
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Die
Trägerplatte 140 ist
konzentrisch an der Längssymmetriemittelachse 82 der
Brennkammer ausgerichtet und weist eine mit einer röhrenförmigen Hülse 154 verbundene,
stromabwärts
gerichtete Seite 152 auf. Der Brennstoffinjektor 80 ist
gleitend in der Hülse 154 angeordnet,
um eine axiale und radiale thermische Differentialbewegung zu ermöglichen.
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Ein
Dreiecksgelenk 160 ist innerhalb des Austrittkonus 92 mit
einem hinteren Ende 162 des Austrittkonus 92 integral
ausgeformt. Genauer gesagt weist das Dreiecksgelenk 160 einen
radialen inneren Arm 164, einen radialen äußeren Arm 166 und einen
dazwischen definierten Befestigungsschlitz 168 auf. Der
radiale innere Arm 164 erstreckt sich zwischen der Anströmfläche 96 des
Austrittkonus und dem Schlitz 168. Der radiale äußere Arm 166 ist im
Wesentlichen parallel zu dem inneren Arm 164 und erstreckt
sich zwischen dem Schlitz 168 und der stromabwärts gerichteten
Fläche 114 des
Austrittkonus. Der Befestigungsschlitz 168 hat eine Breite 170 und
ist im Wesentlichen parallel zu der Anströmfläche 96 des Austrittkonus.
Zusätzlich
erstreckt sich der Schlitz 168 in den Austrittkonus 92 bis
in eine von dem hinteren Ende 162 des Austrittskonus gemessenen
Tiefe 172.
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Die
Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus
ist mit dem Luftdrallerzeuger 90 verbunden. Genauer gesagt
ist der Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus mit dem Austrittkonus 92 verbunden
und erstreckt sich von dem Austrittkonus 92 stromabwärts. Genauer
gesagt weist der Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus eine
radiale innere Anströmfläche 182 und
eine radiale Außenfläche 184 auf.
Wenn der Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus mit dem Austrittkonus 92 verbunden
wird, ist die innere Anströmfläche 182 des
ausgestellten Konus im Wesentlichen koplanar zu der Anströmfläche 96 des
Austrittkonus angeordnet. Genauer gesagt ist die innere Anströmfläche 182 des
ausgestellten Konus divergent und erstreckt sich von einer an den Austrittkonus 92 angrenzenden
Stoppfläche 185 zu einem
Krümmer 186.
Die innere Anströmfläche 182 des
ausgestellten Konus erstreckt sich von dem Krümmer 186 radial nach
außen
zu einem hinteren Ende 188 des Abschnitts 78 mit
ausgestelltem Konus.
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Die
Außenfläche 184 des
ausgestellten Konus liegt im Wesentlichen parallel zu der Innenfläche 182 des
ausgestellten Konus zwischen einer vorderen Kante 190 des
Abschnitts 78 mit ausgestelltem Konus und dem Krümmer 186.
Die Außenfläche 184 des
ausgestellten Konus ist divergent und erstreckt sich von dem Krümmer 186 radial
so nach außen, dass
die Außenfläche 184 im
Wesentlichen parallel zu der Innenfläche 182 des ausgestellten
Konus zwischen dem Krümmer 186 und
dem hinteren Ende 188 des ausgestellten Konus liegt. Ein
Ausrichtungsvorsprung 192 erstreckt sich von der Außenfläche 184 des
ausgestellten Konus zwischen dem Krümmer 186 und dem hinteren
Ende 188 des ausgestellten Konus radial nach außen. Der
Ausrichtungsvorsprung 192 weist einen vorderen Rand 194,
der in Bezug zu der Längssymmetriemittelachse 82 der Brennkammer
im Wesentlichen rechtwinklig angeordnet ist, und einen hinteren
Rand 196 auf, der sich von einem Scheitelpunkt 198 des
Vorsprungs 192 stromabwärts
erstreckt.
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Ein
Befestigungsvorsprung 200 erstreckt sich von der Stoppfläche 185 des
ausgestellten Konus über
eine Distanz 202 axial stromaufwärts. Der Vorsprung 200 hat
eine Breite 204, die zwischen einer am Schnittpunkt der
Stoppfläche 185 und
des Vorsprungs 200 erzeugten Schulter 206 und
der Außenfläche 184 des
ausgestellten Konus gemessen wird. Die Vorsprunglänge 202 und
-breite 204 sind jeweils kleiner als die Tiefe 172 bzw.
die Breite 170 des Austrittkonusschlitzes. Wenn der Abschnitt 78 mit ausgestelltem
Konus mit dem Austrittkonus 92 verbunden wird, erstreckt
sich der Befestigungsvorsprung 200 des ausgestellten Konus
entsprechend in den Austrittkonusschlitz 168. Genauer gesagt
berührt
beim Hineinragen des Befestigungsvorsprungs 200 des ausgestellten
Konus in den Austrittkonusschlitz 168 das hintere Ende 162 des
Austrittkonus die Stoppfläche 185 des
ausgestellten Konus, um den vorderen Rand 190 des ausgestellten
Konus in einem Abstand 208 zu einer Bodenfläche 209 des Austrittkonusschlitzes 168 zu
halten.
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Demgemäß wird ein
Hohlraum 210 zwischen dem Befestigungsvorsprung 200 des
ausgestellten Konus und dem Austrittkonus 92 definiert.
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Die
Brennkammerdomplatte 74 fixiert die Domanordnung 70 in
der Brennkammer 16. Genauer gesagt weist die Brennkammerdomplatte 74 eine äußere Trägerplatte 220 und
eine innere Trägerplatte 222 auf.
Die Platten 220 und 222 sind mit entsprechenden
haubenförmigen
Aufsätzen 64 und 66 stromaufwärts der
Felder 58 verbunden, um die Brennkammerdomanordnung 70 in
der Brennkammer 16 zu befestigen. Genauer gesagt sind die
Platten 220 und 222 an dem ringförmigen Ablenkvorrichtungsabschnitt 76,
der zwischen die Platten 220 und 222 gekoppelt
ist, und an dem Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus befestigt.
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Der
Ablenkvorrichtungsabschnitt 76 verhindert, dass in der
Brennkammer 16 erzeugte heiße Verbrennungsgase auf die
Brennkammerdomplatte 74 prallen, und weist einen Flanschabschnitt 230,
einen bogenförmigen
Abschnitt 232 und einen sich zwischen diesen erstreckenden
Körper 234 auf.
Der Flanschabschnitt 230 erstreckt sich von dem Ablenkvorrichtungskörper 234 in
Axialrichtung stromaufwärts
zu einem vorderen Rand 236 der Ablenkvorrichtung und ist
im Wesentlichen parallel zu der Längssymmetriemittelachse 82 der
Brennkammer. Genauer gesagt ist der vordere Rand 236 des
Flanschabschnitts stromaufwärts
von dem vorderen Rand 194 des ausgestellten Konus angeordnet.
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Der
bogenförmige
Abschnitt 232 der Ablenkvorrichtung erstreckt sich von
dem Körper 234 radial nach
außen
und stromabwärts
zu einem hinteren Rand 242 der Ablenkvorrichtung. Genauer
gesagt erstreckt sich der bogenförmige
Abschnitt 232 von dem Ablenkvorrichtungskörper 234 in
eine Richtung, die im Allgemeinen parallel zu einer Richtung ist,
in die sich der Abschnitt 78 mit ausgestelltem Konus stromabwärts des
Krümmers 186 des
ausgestellten Konus erstreckt. Darüber hinaus ist der hintere
Rand 242 des bogenförmigen
Abschnitts der Ablenkvorrichtung stromabwärts von dem hinteren Rand 196 des
ausgestellten Konus angeordnet.
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Der
Ablenkvorrichtungskörper 234 weist
eine im Allgemeinen ebene Innenfläche 246 auf, die sich von
einer vorderen Fläche 248 des
Ablenkvorrichtungskörpers 234 zu
einer Abströmfläche 250 des Ablenkvorrichtungskörpers 234 erstreckt.
Eine Ecke 252 zwischen den Flächen 246 und 250 des
Ablenkvorrichtungskörpers
ist abgerundet, und die Abströmfläche 250 erstreckt
sich zwischen der Ecke 252 und einem hinteren Befestigungsvorsprung 260,
der sich von dem Ablenkvorrichtungskörper 234 radial nach außen erstreckt.
Der hintere Vorsprung 260 der Ablenkvorrichtung ist an
dem vorderen Rand 194 des Ausrichtungsvorsprungs des ausgestellten
Konus so befestigt, dass die Innenfläche 246 des Ablenkvorrichtungskörpers zwischen
dem vorderen Rand 190 des ausgestellten Konus und dem Krümmer 186 des ausgestellten
Konus an die Außenfläche 184 des ausgestellten
Konus grenzt.
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Der
Ablenkvorrichtungsabschnitt 76 weist zudem eine radiale
Außenfläche 270 und
eine radiale Innenfläche 272 auf.
Die radiale Außenfläche 270 und
die radiale Innenfläche 272 erstrecken
sich von dem vorderen Rand 236 der Ablenkvorrichtung über den
Ablenkvorrichtungskörper 234 zu
dem hinteren Rand 242 der Ablenkvorrichtung. Ein Bandschlitz 274 erstreckt
sich von der Außenfläche 270 der
Ablenkvorrichtung bis in eine Tiefe 276 radial in den Ablenkvorrichtungskörper 234 hinein
und in Axialrichtung über
eine Breite 280, die zwischen einem vorderen und einem
hinteren Rand 282 bzw. 284 des Schlitzes 274 gemessen
wird.
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Ein
Schlitz 300 erstreckt sich in Axialrichtung durch den Ablenkvorrichtungskörper 234.
Genauer gesagt erstreckt sich der Schlitz 300 von einem
Eingang 302 an der Innenfläche 246 des Ablenkvorrichtungskörpers zu
einem Ausgang 304 an der Abströmfläche 250 der Ablenkvorrichtung.
Der Schlitzeingang 302 ist von dem Schlitzausgang 304 aus
radial nach innen angeordnet, was dem Schlitz 300 das durch
ihn erfolgende Ausgeben von Kühlfluid
mit reduziertem Druck ermöglicht.
In einer Ausführungsform
handelt es sich bei dem Kühlfluid
um Verdichterluft.
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Der
Schlitz 300 erstreckt sich innerhalb des Ablenkvorrichtungskörpers 234 im
Wesentlichen im Umfangsrichtung um die Längssymmetriemittelachse 82 der
Brennkammer und teilt den Ablenkvorrichtungsabschnitt 76 in
einen radialen äußeren Abschnitt
und einen radialen inneren oder Stegabschnitt. Da Kühlfluid
durch den Schlitz 300 zugeführt wird, ist der Stegabschnitt
der Ablenkvorrichtung wärmeisoliert.
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Während der
Montage der Brennkammer 16 wird Hartlötband vorab in den Bandschlitz 274 der Ablenkvorrichtung
eingebracht, und Hartlötband
wird vorab in den Schlitz 168 an dem Dreiecksgelenk des Luftdrallerzeuger-Austrittkonus
eingebracht. Die Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und
ausgestelltem Konus wird anschließend an die Brennkammerdomplatte 220 heftgeschweißt, um die
ordnungsgemäße axiale
Positionierung und Clocking-Position der
Brennkammerdomplatte 220 und der Anordnung 75 während des
Hartlötens
aufrechtzuerhalten. Da das Hartlötband
vorab eingebracht wird, wird die Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung
und ausgestelltem Konus demgemäß in einem
einzigen Hartlötvorgang
mit dem ausgestellten Konus 78 des Luftdrallerzeugers und
mit der Brennkammerdoplatte 220 verbunden.
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Da
es sich ferner bei der Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung
und ausgestelltem Konus um eine einteilige Anordnung handelt, ermöglicht die
Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus
die Durchführung
von Sichtprüfungen
der Hartlötungen.
Genauer gesagt kann eine zwischen der Anordnung 75 aus
Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus und der Brennkammerdomplatte 220 ausgebildete
Hartlötverbindung 310 von
einer Vorderseite der Verbindung 310 geprüft werden.
Darüber
hinaus weist der innere Arm 164 des Dreiecksgelenks des
ausgestellten Konus eine Anzahl von Auskerbungen 312 auf,
die es zulassen, eine zwischen dem Abschnitt 78 mit ausgestelltem
Konus und dem Austrittkonus 92 des Luftdrallerzeugers ausgebildete Hartlötverbindung 314 zu
prüfen.
Wenn eine Reparatur gerechtfertigt ist, bewirkt das Bearbeiten eines einzigen
Durchmessers die Entkopplung des Luftdrallerzeugers 90 von
der Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem
Konus, ohne dass ein Risiko der Beschädigung anderer Komponenten
besteht.
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Während des
Betriebs verwirbeln die vorderen Drallschaufeln 134 Luft
in eine erste Richtung, und die hinteren Drallschaufeln 132 verwirbeln
Luft in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt
ist. Aus dem Brennstoffinjektor 80 ausgegebener Brennstoff
wird in die vordere Venturi-Düse 146 des
Luftdrallerzeugers eingespritzt und mit Luft vermischt, die von
den vorderen Drallschaufeln 134 verwirbelt wird. Dieses
erste Brennstoff-Luft-Gemisch wird von der vorderen Venturi-Düse 146 nach hinten
ausgegeben und mit Luft vermischt, die von den hinteren Drallschaufeln 132 verwirbelt
wird. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird wegen der Zentrifugalwirkungen
der vorderen und hinteren Drallschaufeln 134 bzw. 132 radial
nach außen
verteilt und strömt
in einem relativ weiten Ausstoßsprühwinkel
die Anströmfläche 182 des
ausgestellten Konus und die Anströmfläche 272 des bogenförmigen Ablenkvorrichtungsabschnitts
entlang.
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Durch
den Ablenkvorrichtungsschlitz 300 wird der Anordnung 75 aus
Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus Kühlfluid zugeführt. Der
Schlitz 300 erlaubt einen kontinuierlichen Kühlfluidstrom,
der mit reduziertem Druck zur Prallkühlung des Abschnitts 184 mit
ausgestelltem Konus ausgegeben wird. Der reduzierte Druck ermöglicht eine
verbesserte Kühlung
und einen verbesserten Rückstromdruckabfall
bei der Prallkühlung
des Abschnitts 184 mit ausgestelltem Konus. Darüber hinaus
erweitert das Kühlfluid
die Übertragung
von Konvektionswärme und
ermöglicht
die Senkung der Betriebstemperatur des Abschnitts 188 mit
ausgestelltem Konus. Die gesenkte Betriebstemperatur ermöglicht die
Verlängerung
der Betriebslebensdauer des Abschnitts 188 mit ausgestelltem
Konus und reduziert gleichzeitig die Oxidationsbildung an dem Abschnitt 188 mit
ausgestelltem Konus.
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Da
das Kühlfluid
durch den Ablenkvorrichtungsabschnitt 76 ausgegeben wird,
wird zusätzlich der
Stegabschnitt der Ablenkvorrichtung wärmeisoliert, was die Fernankopplung
des Luftdrallerzeugers 90 an die Anordnung 75 aus
Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus statt an die Brennkammerdomplatte 74 ermöglicht.
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Da
das Kühlfluid
ferner durch den Schlitz 300 ausgegeben wird, wird ferner
der bogenförmige
Abschnitt 232 der Ablenkvorrichtung filmgekühlt. Genauer
gesagt sorgt der Schlitz 300 an der Innenfläche 272 des
bogenförmigen
Abschnitts der Ablenkvorrichtung für Filmkühlung. Da sich der Schlitz 300 innerhalb
des Ablenkvorrichtungsabschnitts 76 in Umfangsrichtung
erstreckt, wird die Filmkühlung
entlang der Innenfläche 272 der
Ablenkvorrichtung in Umfangsrichtung um den Abschnitt 78 mit
ausgestelltem Konus geleitet. Da der Schlitz 300 einen
einheitlichen Kühlstrom
erlaubt, ermöglicht
die Anordnung 75 aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem
Konus zusätzlich
eine Optimierung der Filmkühlung
bei gleich zeitiger Reduzierung der Vermischung von Kühlfluid
und Verbrennungsluft, wodurch eine Reduzierung der nachteiligen
Wirkung der Flammkühlung
auf die Brennkammeremissionen ermöglicht wird.
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Das
oben beschriebene Brennkammersystem für ein Gasturbinentriebwerk
ist kosteneffizient und zuverlässig.
Das Brennkammersystem weist eine einteilige Anordnung aus Diffusor
und ausgestelltem Konus auf, die einen einteiligen Kühlschlitz aufweist.
Durch den Schlitz zugeführtes
Kühlfluid sorgt
für die
Prallkühlung
des Abschnitts mit ausgestelltem Konus der Anordnung aus Diffusor
und ausgestelltem Konus sowie für
die Filmkühlung
des Ablenkvorrichtungsabschnitts der Anordnung aus Diffusor und
ausgestelltem Konus. Da sich der Schlitz innerhalb des Diffusorabschnitts
in Umfangsrichtung erstreckt, wird darüber hinaus ein einheitlicher
Kühlfluidstrom
in Umfangsrichtung zugeführt,
der eine Reduzierung der Betriebstemperatur der Anordnung aus Ablenkvorrichtung
und ausgestelltem Konus ermöglicht.
Infolgedessen ermöglicht
die Anordnung aus Ablenkvorrichtung und ausgestelltem Konus auf zuverlässige und
kosteneffiziente Weise die Verlängerung
der Betriebslebensdauer der Brennkammer.