DE2029918A1

DE2029918A1 - Heißen Strömungsmitteln aussetzbare Wandung

Info

Publication number: DE2029918A1
Application number: DE19702029918
Authority: DE
Inventors: David Roberts; Harris Derek Percival; Filton Bristol McMurtry (Großbritannien)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1970-12-23
Also published as: SE359888B; GB1283953A; US3666251A; FR2052809A5

Description

JPATE STASWALI

Dipl. mo. ß. HOIjZEB

89 AUGSBURG

»1S7S

R. 777

Augsburg, den 16. Juni 1970

Rolls-Royce Limited, Moor Lane, Derby, England

Heißen Strömungsmitteln aussetzbare Wandung

Die Erfindung betrifft heißen Strömungsmitteln aussetzbare Wandungen.

Bei bekannten derartigen Wandungen ist ein Hitzeschild an einem Stützteil befestigt. Das den heißen . Strömungsmitteln ausgesetzte Hitzeschild muß mit Bezug auf das verhältnismäßig kühlere Stützteil in zwei ·

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Richtungen dehnbar sein, damit Wärmespannungsdehnungen aufgenommen werden können. Das Hitzeschild muß außerdem dem betreffenden heißen Strömungsmittel eine verhältnismäßig glatte Oberfläche bieten, damit der Wärmeübergang in das Hitzeschild hinein möglichst klein gehalten wird. Normalerweise wird eine Kühlströmung in den Zwischenraum zwischen dem Hitzeschild und dem Stützteil eingeleitet.

Es ist bereits bekannt, das Hitzeschild aus einer Vielzahl einzelner Platten zu bilden, die jeweils für sich an der Stützkonstruktion befestigt sind. Die Platten können sich relativ zueinander und relativ zur Stützkonstruktion dehnen und das kühlende Strömungsmittel kann frei durch die Spalte zwischen den einzelnen Platten zur heißen Seite des Hitzeschildes hindurchströmen, wo sie einen Kühlfilm bilden.

Es ist manchmal notwendig, derartige Wandungen undurchlässig zu gestalten, so daß eine Kühlfilmkühlung nicht Anwendung finden kann. Dies gilt beispielsweise für Fälle, in welchen der Druck der Kühlströmung niedriger ist als derjenige der betreffenden heißen Strömung. Die zweidimensionale Dehnbarkeit und die relative Oberflächenglätte der betreffenden Wandung müssen aber trotzdem

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sichergestellt sein.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei heißen Strömungsmitteln aussetzbaren undurchlässigen Wandungen sowohl eine verhältnismäßig glatte heiße Oberfläche des Hitzeschildes als auch eine zweidimensionale Dehnbarkeit des Hitzeschildes zu erzielen.

Diese Aufgabe wird bei heißen Strömungsmitteln aussetzbaren Wandungen gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Hitzeschild mit die heiße Oberfläche des Schildes bestimmenden flachen Wandungsteilen vorgesehen ist, die über zueinander parallele, von der heißen Oberfläche abgewandte, zwischen jeweils benachbarten flachen Wandungsteilen entsprechende Spalte bildende Falzbereiche miteinander verbunden sind, so daß sich die flachen Wandungsteile in Richtungen rechtwinklig zur Palzlängsrichtung unter gleichzeitiger Spaltverengung dehnen können, wobei sowohl diese flachen Wandungsteile als auch diese Falzbereiche so gestaltet sind, daß sie Wellungen bilden, deren Wellungsfurchen rechtwinklig zur Palzlängsrichtung verlaufen, so daß sich die flachen Wandungsteile und die Palzbereiche zusammen in Längsrichtung der Falze unter gleichzeitiger Verengung dieser Wellungen dehnen können.

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Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Wandung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das

Strahlrohr eines nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks, welches aus einer erfindungsgemäßen Wandung gebildet ist,

Fig. 2 eine Einzelheit der Pig. I in

größerem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Ebene III-III

in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Detailansicht

der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Teile,

Fig. 5 eine_Einzelheit der dargestellten

Wandung in einem Stadium ihrer Herstellung,

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Pig. 6 eine der Pig. 2 ähnliche Ansicht,

welche eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandung in kleinerem Maßstab zeigt, und

Fig. 7 eine Ansicht auf die Ebene VII-VII

in Pig. 6.

Das in Fig. 1 dargestellte Strahlrohr 1 eines nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks weist Flammenhalter 2 für Nachverbrennung und ein Hitzeschild 3 auf, welches das Strahlrohr gegen die örtlichen Temperaturanstiege bei Nachverbrennungsbedingungen schützt. Das Strahlrohr ist doppelwandig und bildet dadurch einen Ringraum 4, in welchem Kühlluft strömt, die durch einen Pfeil 5 angedeutet ist. ·

Das Strahlrohr 1 und das Hitzeschild 3 bilden zusammen eine Wandung, längs welcher der Heißgasstrom strömt, welcher das Strahlrohr in Richtung des Pfeiles 6 durchströmt.

Das Hitzeschild 3 besteht aus einem Blech 10 einer

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hitzebeständigen Legierung und weist flache Wandungsteile l6a auf, welche die heiße Oberfläche 15 des Hitzeschildes bilden, d.h. die Oberfläche, die den Heißgasen ausgesetzt ist. Zwischen den flachen Wandungsteilen des Bleches IO sind durch Pressen Palzbereiche 16 gebildet, welche die flachen Wandungsteile miteinander verbinden. Der Begriff "flach" schließt im Zuge dieser Darlegungen im Hinblick auf die Wandungsteile 16a auch zylindrisch gekrümmte Wandungsteile ein, die mit Bezug auf die Palzbereiche 16 jedoch als eben angesehen werden können. . Die einzelnen Palzbereiche sind von der Oberfläche 15 abgelegen und so gestaltet, daß sie zwischen jeweils benachbarten Oberflächenbereichen einen Spalt 17 bilden, der die Möglichkeit einer Wärmedehnung der flachen Wandungsteile rechtwinklig zur Längsrichtung des Spaltes 17 ergibt. Der Spalt 17 ist verhältnismäßig eng und bildet mit der Oberfläche 15 im wesentlichen rechteckige Ecken 18, so daß diese Oberfläche nicht durch den Spalt in unzulässig starkem Maße unterbrochen ist und die Bildung von unerwünschten Turbulenzen in dem über die Oberfläche 15 streichenden Gasstrom vermieden wird. Die Breite des Spaltes 17 ist vorzugsweise so groß, daß er bei Betriebs-Höchsttemperatur des Hitzeschildes infolge der Wärmedehnung

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desselben im wesentlichen geschlossen ist.

Sowohl die flachen Wandungsteile als auch die Falzbereiche der Wandung sind so gestaltet, daß sie Wellungen 11 bilden, welche durch elektrochemisches Einarbeiten von Nuten 12 und 13 in das Blech eingearbeitet werden. Die Wellungen 11 liegen so, daß ihre Wellenfurchen rechtwinklig zur Längsrichtung der Palzbereiche verlaufen. Die Wellungen 11 geben folglich die Möglichkeit, daß sowohl die flachen Wandungsteile als auch die Falzbereiche sich zusammen in Richtung der Falzlängsrichtung dehnen können.

Die sich in Richtung 6 der Gasströmung erstreckenden Nuten 12 sind verhältnismäßig eng und haben verhältnismäßig scharfe Nutkanten, so daß auch hier nur eine geringfügige Störung der Oberflächenglätte der Oberfläche 15 hervorgerufen wird.

Das Hitzeschild bildet also infolge der Falzbereiche und der Wellungen eine zweidimensional dehnbare Konstruktion.

An der von der Oberfläche 15 abgelegenen Seite sind die einzelnen Falzbereiche 16 zu Grundbereichen

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verbreitert, an welchen das Blech 10 an einer Stützkonstruktion befestigt sein kann, die im vorliegenden Fall ein Teil 20 des Strahlrohres 1 ist, wobei die Befestigung mittels Nieten 23 erfolgt, die durch Löcher 21 der Grundbereiche hindurchgeschoben sind. In der Nähe der Löcher sind die Wellungen unterbrochen, so daß um die Löcher herum die erforderliche Materialstärke vorhanden ist. Diese örtliche Unterbrechung der Wellungen 11 kann leicht dadurch erreicht werden, daß zur Herstellung der Wellungen 11 elektrochemische Bearbeitungsverfahren verwendet werden.

Die Falzbereiche 16 werden durch entsprechende Verformung des Bleches 10 in zwei Stufen hergestellt, die in Fig. 2 dargestellt sind. Das Blech wird zunächst in die mit der Bezugsziffer A bezeichnete Form gebogen und sodann bearbeitet, so daß an den Oberflächen 22 die Kanten 18 gebildet werden. Danach werden die Wellungen ausgearbeitet und zuletzt wird das Blech in die Form B gebogen, welche das Endstadium der Falzbereiche 16 darstellt. Die Oberflächen 22 werden unter solc-hen Winkeln ausgearbeitet, daß sie bei der Form B die Seiten des Spaltes 17 bilden. In der Form A sind die Falzbereiche genügend weit offen_fum den für die Bearbeitung der

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Nuten 12 und 13 erforderlichen Zugang in der betreffenden Stellung zu haben, welche später die Seiten der Falzbereiche 16 in der Form B bilden.

Der Zwischenraum 24 zwischen den einzelnen flachen Wandungsteilen l6a und dem benachbarten Rohrteil 20 kann mit faserigem Isoliermaterial, beispielsweise mit Kieselerdewolle ausgefüllt sein, damit die Wärmekonvektion in diesem Zwischenraum vermindert wird und auch die Wärmeabstrahlung von der Oberfläche 15 vermindert wird. In Abwandlung dessen können die Zwischenräume 24 durch in den Zeichnungen nicht dargestellte Löcher mit dem Raum 4 verbunden sein, so daß Kühlluft in den Zwischenräumen 24 zirkulieren kann.

In Fällen, in welchen der Temperaturgradient zwischen der Oberfläche 15 und dem Teil 20 zu groß ist, als daß ein einzelnes Hitzeschild die erforderliche Wärmedehnung aufzunehmen vermag, wird, wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, ein weiteres Hitzeschild angeordnet, welches vorzugsweise zwischen dem Hitzeschild 3 und dem Strahlrohrteil 20 angeordnet ist. Dieses "'■ weitere Hitzeschild 25 ist im allgemeinen genauso aufgebaut wie das Hitzeschild 3, doch kann es weniger Wellungen

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aufweisen und die Spalte der Falzbereiche brauchen nicht so eng zu sein wie diejenigen beim Hitzeschild 3. Auch das Hitzeschild 25 weist Nieten 27 auf, mit welchen es am Hitzeschild 3 befestigt ist, wie auch Nieten 23 zur Befestigung am Strahlrohrteil 20 dienen. Die Zwischenräume 2k des Hitzeschildes 3 sind mit Kieselerdewolle ausgefüllt und entsprechende Zwischenräume des Hitzeschildes 25 können in unmittelbarer Verbindung mit dem Raum k stehen, wobei die Richtung der Falzbereiche des Hitzeschildes 25 parallel zur Luftströmung 5 verläuft, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist.

Es zeigt sich, daß zwischen der heißen Strömung 6 und der kalten Strömung 5 keine Verbindung besteht und daß folglich die letztere unter niedrigerem Druck erfolgen kann als die erstere. In Fällen, in welchen die kalte P Strömung einen größeren Druck hat, kann eine Verbindung zum-Inneren der Falzbereiche 16 vorgesehen sein, was beispielsweise mittels Löchern in den Nieten 23 geschehen kann, so daß die Falzbereiche gekühlt werden und die kalte Strömung in die Grenzschicht übergeführt werden kann, um die Oberfläche 15 zu kühlen.

Das Material des Hitzeschildes kann Nickel oder

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eine Kobalt-Borlegierung sein, beispielsweise eine Legierung, die unter dem Handelsnamen "Stellite" bekannt geworden ist. Wenn das Hitzeschild nicht durch einen über seine heiße Oberfläche geführten Kühlfilm gekühlt wird, muß es die volle Wirkung der Heißgastemperatur erleiden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Hitzeschild mit einer zylindrischen Oberfläche 15 versehen, jedoch kann das Hitzeschild auch ebenso als flache's Schild ausgebildet sein, so daß die Oberfläche in einer Ebene liegt.

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Claims

Patentansprüche

I 1.)Heißen Strömungsmitteln aussetzbare Wandung, gekennzeichnet durch ein Hitzeschild (3 bzw. 25) mit die heiße Oberfläche (15) des Schildes bestimmenden flachen Wandungsteilen (16a), die über zueinander

" parallele, von der heißen Oberfläche abgewandte, zwischen jeweils benachbarten flachen Wandungsteilen entsprechende Spalte (17) bildende Falzbereiche (16) miteinander verbunden sind, so daß sich die flachen Wandungsteile in Richtungen rechtwinklig zur Palzlängsrichtung unter gleichzeitiger Spaltverengung dehnen können, wobei sowohl diese flachen Wandungsteile als auch diese Falzbereiche so gestaltet sind, daß sie Wellungen (11) bilden, deren Wellungsfurchen rechtwinklig zur Palzlängsrichtung

fe verlaufen, so daß sich die flachen Wandungsteile und die Palzbereiche zusammen in Längsrichtung der Falze unter gleichzeitiger Verengung dieser Wellungen dehnen können.
2. Wandung nach Anspruch I^ dadurch gekennzeichnet, daß die Falzbereiche (16) Grundbereiche (19) aufweisen, die von den flachen Wandungsteilen (16a) abgelegen und

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in Palzlangsrichtung voneinander getrennt sind, und daß die Wandung ein Stützteil (20) aufweist, an welchem das Hitzeschild (3 bzw. 25) an diesen Falz-Grundbereichen befestigt ist, so daß die Palzbereiche dazu beitragen, die flachen Wandungsteile in Abstand von diesem Stützteil zu halten.
3. Wandung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Hitzeschild (3) und das Stützteil (20) ein weiteres Hitzeschild (25) derart eingefügt ist, daß die Palzbereiche dieses weiteren Hitzeschildes recht-

winklig zu denjenigen (16) des erstgenannten Hitzeschildes verlaufen, wobei die Falz-Grundbereiche (19) des erstgenannten Hitzeschildes an den flachen Wandungsteilen des weiteren Hitzeschildes befestigt sind und die Falz-Grundbereiche des weiteren Hitzeschildes an dem Stützteil befestigt sind.
4. Wandung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbereich-Seitenwangen mit der heißen Oberfläche (15) des Hitzeschildes (3 bzw. 25) scharfe Ecken bilden.
5. Wandung nach einem der Ansprüche 1. bis U,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Wellungen (11) des Hitzeschildes (3 bzw. 25) durch Nuten in der heißen Hitzeschild-Oberfläche (15) gebildet werden, deren Seitenwangen scharfe Ecken mit der heißen Oberfläche bilden.

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