DE2414581A1 - Brennkammer-baueinheit fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

"Brennkammer - Baueinheit .für ein Gasturbinentriebwerk"

Priorität: 27.März 1973 Großbritannien Kr. 14533/73

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer-Baueinheit für ein Gasturbinentriebwerk, die ein Gehäuse·aus einem ersten Materia] und ein Flammrohr aus einem zweiten Material aufweist_r das einen vom ersten Material verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und das innerhalb des Gehäuses abgestützt ist. Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf die Befestigung eines Flammrohres in einem Gehäuse, das die Brennkammer selbst begrenzt.

Bei vielen Ausführungen von'Gasturbinen-Triebwerken werden derzeit keramische Komponenten verwendet. In der Praxis ist die Benützung keramischer Werkstoffe in Gasturbinen-Triebwerken mit

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Problemen verbunden, die in den meisten Fällen von der Sprödigkeit und den geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten solcher Materialien im Vergleich zu den· konvent.ionellerveise verwendeten Metallen herrühren. Diese Probleme werden besonders akut, wenn keramische und metallische Komponenten gemeinscim in Verbundstrukturen verwendet werden.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, aine Draankarumer ~ Baueinheit für ein Gasturbinon-Triebwerk zu entwickeln, bei der die oben aufgezeigten Probleme nicht auftreten, die spezifisch auf die Verwendung keramischer Materialien zurückzuführen sind, wobei diese. Brennkammer-Baueinheit gleichermaßen auf Konstruktionen anwendbar sein soll, bei denen keines der verwendeten Materialien unterschiedlicherWärmeausdehnungskoeffizienten ein keramischer Werkstoff ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Brennkammer - Baueinheit dadurch gelöst, daß eine elastische Befestigungseinrichtung das Flammrohr im wesentlichen nur an dessen beiden Enden innerhalb des Gehäuses hält und mit einem Teil des Rohres an einem dieser Enden zusammenwirkt, um das Rohr gegen axiale Versetzungen, zumindest in-Durchströmrichtung, relativ zum Gehäuse zu sichern. Hierbei erlaubt diese Befestigungseinrichtung am anderen Ende eine relative axiale Expansionsbewegung zwischen dem Rohr einerseits und dem Gehäuse andererseits.

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Zweckmäßigerweise umfasst die Befestigungseinrichtung eine Vielzahl von Federgliedern, die insgesamt das Flammrohr in einem Abstand von der Gehäuse-Innenseite halten, zumindest an dem genannten anderen Ende des Rohrs, und die elastisch eine relative radiale Expansion zwischen Rohr und Gehäuse zulassen. Die Federglieder halten das Rohr bevorzugt an dessen beiden Enden in dem Gehäuse. So getragen^erhält ein keramisches Flammrohr einigen Schätz vor Einflüssen von auf daa Gehäuse einwirkenden Stoßkräften, wodurch ε-olche Kräfte weniger leicht zu einem Bruch des Rohres führen können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht jedes Federglied aus einer Blattfeder, die an der Innenseite des Gehäuses an einer Stelle zwischen ihren Enden befestigt ist,elastisdi an ihren beiden Enden auf die entsprechenden beiden Enden des Flammrohres wirkt und die an einem Ende mit einer radialen Ausbildung an der Flammrohrwand in Eingriff steht. Hierdurch ist das Rohr gegen eine axiale'Verschiebung des Rohrkörpers, zumindest in Durchströmrichtung, relativ zum Gehäuse gesichert. Die radiale Ausbildung kann zum Beispiel aus einer Ausnehmung oder Öffnung bestehen oder alternativ aus einem Absatz an dem Aufströmende des Flammrohrs, gegen welchen Absatz das Ende der Blattfeder anliegt, um eine Versetzung des Flammrohrkörpers relativ zum Gehäuse in Abströmrichtung zu vermeiden. Ein Versetzen des Rohrs entgegen der Abströmrichtung

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wird durch die entsprechende Endwandung des Gehäuses begrenzt. Obwohl dadurch das Rohr und das Gehäuse gegen eine axiale Ver~

Schiebung relativ zueinander gesichert sind, zumindest in Abströrarichtung, sind sie jedoch frei, sich relativ zueinander auszudehnen und zwar sowohl axial, nämlich durch ein axiales Gleiten zwischen den Federn und einem Ende des Rohrs, wie auch radial infolge der Nachgiebigkeit der Befestigungseinrichtung an beiden Enden des Rohrs.

In vorteilhafter Ausgestaltung dor Erfindung sind weiterhin Lagerkasten zwischen die Enden jeder Blattfeder und das Flammrohr zvischengciBchaltet. Dadurch wird eine Vergrößerung der Fläche erreicht, auf der die nachgiebigen Glieder der Befestigungseinrichtung das Rohr radial belasten.

Vorteilhafterweise wird bei der Brennkammer-Baueinheit gemäß der Erfindung das Gehäuse aus Metall und das Flammrohr"aus einem keramischen Material gefertigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Flammrohr aus keramischem Material hergestellt und im wesentlichen an einem seiner Enden mit einer ringsaralaufenden Ausnehmung oder Aus-

nehraungen ausgebildet, die für ein Eingreifen der oben genann- ι

> ten Blattfedern vorgesehen sind. Vorzugsweise besteht das Flamm- j

rohr aus Siliciumnitrid.

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Die Erfindung soll beispielshalber anhand der Zeichnung noch näher ex'läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der erf indungsejemäßen

Brennkammer-Baueinheit,
Fig. 2 einen vergrößerten Dstailquerschnitt längs der

Schnittlinie A-A in Fig.l,
u ad

Fig» 3 eine Abwicklung der zylindrischen Aufpral3.v/ancl und des Flammrohr ti s der Baueinheit zusammen wit einer detaillierten Darstellung der Befestigungseinrichtung,

• Die in den Figuren gezeigte' Brennkammer der Baueinheit weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einer zylindcrförmigen inneren Aui~ prallwand 2 versehen ist, die ihrerseits von den Scitenvänuo.n des Gehäuses 1 in einem /abstand angeordnet ist. Die hülsenähnliche

i Aufprallwand 2 ist an ihrem Umfang in der Nähe jedes ihrer Enden 'mit einem Ring von 16 gleichmäßig voneinander angeordneten üffnun·-. . gen 3 versehen, deren jede in Richtung um die Achse I-I der Brenn-! , kammer herum gestreckt ist, wie dies Fig.l entnommen werden kann.

Innerhalb der zylinderförmigen Aufprallwand 2 ist ein aus

• Siliciumnitrid bestehendes Flammrohr 4 konzentrisch angeordnet, . das mit ringsum angeordneten und länglichen Löchern in seiner zylinderförmigen Wandung versehen ist (Fig.l)..In der in Fig.l

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dargestellten Ausführungsform weist das Flammrohr 4 eine ringsumlauf ende Nut 5 auf (Fig. I)₁. die im wesentlichen an dem einen Ende angebracht ist.

Die Befestigung des F]ammrohrcs 4 in dem Gehäuse 1 ist über 16 Blattfedern 6 aus einer* Nickellegierung durchgeführt, wobei in Fig.l jedoch nur eine dieser Blattfedern gezeigt ist. Jede Feder 6 ist zwischen ihren beiden Enden, vorzugsweise in der Mitte, an der Aussenseite der zylinderförmigen Aufprallwand 2 angeschweißt und sie weist an jedem Ende einen abgekröpften Abschnitt 7 auf,, der jeweils durch eine entsprechende der länglichen öffnungen 3 in der Aufprallwand 2 hindurchgreift.

Wie in Fig.2 dargestellt ist, ist das Ende jedes der abgekröpften /abschnitte 7, d.h. jedes Ende einer Blattfeder 6, dergestalt mit einem Einschnitt versehen, daß sich zwei voneinander getrennt angeordnete Ansätze 8 ergeben. Diese Ansätze 8 werden mit einem reichlichen Spiel von komplementären öffnungen in ovalen Lagerkissen 9 aufgenommen. Der Boden der Aussparung, durch die die Ansätze 8 gebildet werden,-hat einen konvexen Radius dergestalt, daß er auf dem Kissen 9 in einer mittleren Lage zwischen den beiden Löchern, die für die Ansätze vorgesehen sind, aufliegt. Diese in Fig.2 dargestellte Anordnung dient dem Zweck, in begrenztem Rahmen ein allgemeines Spiel zwischen den Enden der

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Federn 6 und ihrer zugehörigen Lagerkissen 9 zu ermöglichen.

An dem Ende des Flammrohres 4, dan nicht, mit einer Wut versehen ist, werden die Lagerkissen 9 federnd in Reibung.«* (gleit)-Kontakt mit der glatten,, zylindrischen Außenoberfläche des Rohres» 4 gehalten. Am entgegengesetzten Ende des Flammrohres 4 Liegen die Lagerkissen 9 bündig in der Ringnut 5 an, worin sie wiederum federnd durch die Federn G gehalten werden. Der Hauptzweck der Klüsen 9 liegt darin, die Fläche, auf der die Federkraft auf da.™ Flammrohr 4 übertragen wird, größer auszubilden als die:;.e sich ergeben würde, wenn zwischen den Enden der Federn 6 und dem Flammrohr 4 direkter Kontakt bestünde.

Wie sich am besten sus Fig. 3 ergibt, sind die sechi<c»hn Blattfedern 6 parallel zueinander radial um die Achse des Flammrohres 4 herum angeordnet. Jede der Federn 6 übt im wesentlichen die gleiche Kraft auf das Rohr 4 aus, so daß letzteres in korrekter Fluchtung mit dem Gehäuse gehalten wird.

Das Eingreifen der Federn 6 über die Lagerkissen 9 in die Nut 5 verhindert eine relative axiale Verschiebung zwischen dem Rohr 4 und dem GehäuEie 1, ausgenommen für solche begrenzte Verschiebungen, die direkt von thermischer Expansion herrühren«. Das Flammrohr 4 aus Siliciumnitrid hat den geringsten thermischen Expansionskoeffizienten aller bei der Konstruktion des dargestellten Ausbildungsbeispiels benutzten Materialien. Relative Verschiebungen aufgrund von Expansion oder Kontraktion werden aufgenommen durch eine Gleitbewegung zwischen der glatten zylindri-

- ν 409847/0779 ~^s~

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sehen Oberfläche des Rohre.'; 4 und den Kissen 9, die sich im wesentlichen an einem Ende des Rohres mit dieser Oberfläche im Kontakt befinden.

Die Erfindung ist jedoch nicht nur auf eine Brennkammer-Baueinheit der erfindungsgemäßen Art beschränkt, sondern sie umfaßt insbesondere auch ein Flammrohr zur Verwendung bei einer erfindungsgemäßen Brennkammer-Baueinheit, das aus keramischem Material hergestellt ist und im wesentlichen an einem seiner Enden mit einer ringsumlaufenden Ausnehmung oder mit Ausnehmungen ausgebildet ist.

Ansprüche

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Claims (7)

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   Ansprüche

   l\ Brennkammer-Baueinheit für ein Gasturbinen-Triebwerk, die ein Gehäuse aus einem ersten Material und ein Flammrohr aus einem zweiten Material aufweist, das einen vom ersten Material verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt, und das innerhalb des Gehäuses abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Befestigungseinrichtung (6) das Flammrohr (4) im wesentlichen nur an dessen beiden Enden innerhalb des Gehäuses hält und mit einem Teil (5) des Flammrohres (4) an nur einem dieser Enden zusammenwirkt, um das Rohr (4) gegen axiale Versetzungen, zumindest in Abströmrichtung, relativ zum Gehäuse (1) zu sichern.
2. 2. Brennkammer-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Vielzahl von [ Federgliedern (6) umfaßt, die insgesamt das Flammrohr (4) in einem Abstand von der Gehäuse-Innenseite halten.
3. 3. Brennkammer-Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Federglied (6) aus einer Blattfeder besteht, die an der Innenseite des Gehäuses (1) an einer Stelle zwischen ihren Enden befestigt ist, elastisch an ihren beiden Enden auf die entsprechenden Heiden Enden des Flammrohres (4) wirkt und die an einem Ende mit einer radialen Ausbildung (5) an der Wand

   des Flammrohres (4) in Eingriff steht. :

   - Io - !

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4. 4. Brennkammer-Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerkissen (9) zwischen die Enden jeder Blattfeder (6) und das Flammrohr (4) zwischengeschaltet sind.
5. 5. Brennkammer-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus Metall und das Flammrohr (4) aus einem keramischen Material gefertigt ist.
6. 6. Brennkammer-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (4) aus keramischem
   Material hergestellt ist und im wesentlichen an einem seiner Enden (7) mit einer ringsumlaufenden Ausnehmung (5) oder Ausnehmungen ausgebildet ist.
7. 7. Brennkammer-Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (4) aus Siliciumnitrid besteht.

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