DE69109785T2

DE69109785T2 - Brennstoffeinspritzdüsenhalter.

Info

Publication number: DE69109785T2
Application number: DE69109785T
Authority: DE
Inventors: Mark Michael Glevicky; Hubert Smith Roberts
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2011-09-13
Also published as: EP0476927B1; EP0476927A3; JPH04244513A; CA2048764A1; EP0476927A2; CA2048764C; JPH0776619B2; DE69109785D1; US5117624A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerk-Brennkammern und insbesondere eine Halterung zum Anbringen einer Brennstoffinjektordüse an einem Dom der Brennkammer.
Gasturbinentriebwerk-Brennkammern, wie sie beispielsweise in Triebwerken zum Antreiben von Flugzeugen verwendet werden, enthalten typischerweise co-ringförmige äußere und innere Brennkammerauskleidungen, die an ihren stromaufwärtigen Enden durch einen ringförmigen Dom miteinander verbunden sind, um darin einen ringförmigen Verbrennungsdom festzulegen. Der Dom enthält eine Mehrzahl umfangsmäßig beabstandeter Vergaser zum Erzeugen eines Brennstoff-/Luftgemisches in der Brennkammer, das zur Erzeugung von Verbrennungsgasen in herkömmlicher Weise entzündet wird.
Jede der Brennkammern enthält einen typischen Luftverwirbler, wie beispielsweise einen gegendrehenden Luftverwirbler und eine gleitend darin getragene bzw. gehalterte Injektordüse. Druckluft wird zu den Verwirblern von einem herkömmlichen Kompressor, der stromaufwärts von der Brennkammer angeordnet ist, zugeführt und durch den Verwirbler präzise abgemessen und darin mit Brennstoff aus der Düse gemischt, um präzise Brennstoff-Luftverhältnisse für eine effiziente Verbrennung zu gewinnen.
Die in der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgase erwärmen die Brennkammerauskleidungen, den Brennkammerdom und die Verwirbler, was zu einer thermischen Ausdehnung derselben führt. Da die Brennkammer um eine Längsmittenlinie des Gasturbinentriebwerks ringförmig ist, dehnt sich die Brennkammer, die den Dom enthält, radial auswärts auf einen vergrößerten Durchmesser aus, wenn sie erwärmt wird. Die Brennkammer dehnt sich auch in Längsrichtung oder in axialer Richtung aus, und ihre Länge nimmt bei Erwärmung zu.
Andererseits erstrecken sich die Brennstoffinjektordüsen typischerweise von einem Brennstoffinjektorrohr, das von einem stationären äußeren Gehäuse getragen wird. Der durch das Rohr und die Düsen geleitete Brennstoff ist relativ kühl, und deshalb dehnt sich die Brennkammer während des Betriebs mit einer größeren Rate aus als das die Düse tragende Brennstoffrohr. Deshalb muß eine Differenz- bzw. Differentialbewegung sowohl in radialer wie in axialer Richtung zwischen den Brennstoffinjektordüsen und den Verwirblern aufgenommen werden, um eine unerwünschte Belastung bzw. Spannung darin zu verhindern, während das erforderliche präzise Mischen von Luft und Brennstoff erhalten wird. Wenn die Temperatur der Brennkammer abnimmt, zieht sie sich in ähnlicher Weise zusammen und die Differenz- bzw. Differentialbewegung zwischen der Brennkammer und den Brennstoffinjektordüsen muß ebenfalls aufgenommen werden.
Eine herkömmliche Einrichtung zum Aufnehmen der thermischen Differentialbewegung zwischen den Brennstoffinjektordüsen und dem Brennkammerdom ist in der US-A-3 032 990 gezeigt und enthält einen frei schwimmenden Endring, der mit einer Rückhalteklammer gleitend verbunden ist, die am Dom angebracht ist, um eine jeweilige Brennstoffinjektordüse gleitend aufzunehmen. Mehr im einzelnen enthält der Endring eine zentrale Bohrung, die koaxial zür Brennstoffdüse angeordnet ist, um die Brennstoffdüse in axial gleitendem Eingriff mit ihr aufzunehmen und zu haltern. Der Endring enthält außerdem einen sich radial erstreckenden kreisförmigen Flansch, der in herkömmlicher Weise in der Rückhalteklammer gleitend gefangen ist, die es dem Endring erlaubt, sich relativ zu dem Verwirbler radial zu bewegen. Bei einer thermischen Differenzialbewegung zwischen der Brennstoffdüse und der Rückhalteklammer, die mit dem Dom verbunden ist, kann die Dtise deshalb in der Endringbohrung axial frei gleiten und sich außerdem mit dem Endring radial frei verschieben, der sich radial relativ zu der Rückhalteklammer frei verschieben kann.
Da der Endring frei schwimmt und deshalb sich sowohl radial wie umfangsmäßig innerhalb vorbestimmter Grenzen relativ zur Rückhalteklammer zu verschieben vermag, unterliegt er jedoch aerodynamischen und Vibrationskräften während des Betriebs des Gasturbinentriebwerks und der Brennkammer. Beispielsweise wird der komprimierte Luftstrom aus dem Kompressor unter einem relativ hohen Druck zur Verfügung gestellt im Vergleich zu den Brennstoffgasen innerhalb der Brennkammer, und er wirkt gegen den Endring. Da das Gasturbinentriebwerk verschiedene sich drehende Bauteile enthält, einschließlich dem Kompressorrotor, werden Vibrationsanregungskräfte erzeugt, die auf den Endring einwirken.
Der Endring vibriert deshalb und dreht sich während des Betriebs relativ zu der Brennstoffdüse. Diese Bewegung ist typischerweise unerwünscht, weil sie eine Abnutzung zwischen dem Endring und der Brennstoffdüse und der Rückhalteklammer erzeugt, die die effektive Standzeit dieser Bauteile verkürzt.
In vielen Fällen ist ein Verwirbler vorgesehen, der mit dem Brennkammerdom verbunden ist, und in diesem Fall ist ein frei schwimmender Endring gleitend mit dem Verwirbler anstatt mit der Rückhalteklammer verbunden.
Es ist demnach vorgeschlagen worden, einen Endring mit einem sich radial erstreckenden Vorsprung oder einer Nase vorzusehen, die gegen einen komplementären sich radial erstreckenden Anschlag positioniert ist, der mit der Rückhalteklammer oder dem Verwirbler verbunden ist, so daß der Vorsprung den Anschlag kontaktiert, um eine Drehung des Endrings während des Betriebs zu verhindern.
Der Kontaktbereich zwischen den Vorsprüngen und den jeweiligen Anschlägen ist relativ klein, und sie unterliegen deshalb während des Betriebs außerdem einer Abnutzung. Die Abnutzung zwischen den Vorsprüngen und den Anschlägen beeinträchtigt deshalb die Standzeit des Endrings und des Verwirblers, da diese Bestandteile in periodischen Zeiträumen ersetzt werden müssen, um ihre unerwünschte Abnutzung zu verhindern, die einen Vorsprung oder einen Anschlag während des Betriebs möglicherweise lockern würde, wobei er dann stromabwärts in das Triebwerk befördert werden würde, was möglicherweise einen zusätzlichen Schaden am Triebwerk verursachen würde.
Das Vorsehen von Vorsprüngen und Anschlägen führt außerdem zu einer komplexeren und teureren Endring-Verwirbleranordnung, was mit der Tatsache verbunden ist, daß eine große Anzahl von Brennstoffdüsen und Verwirblern in einer typischen Brennkammer um den Umfang des Doms verwendet wird. Bei noch fortschrittlicheren Gasturbinentriebwerken werden Doppeldomkonfigurationen in Betracht gezogen, bei denen zwei konzentrische äußere und innere Dome jeweiligs mehrere Vergaser enthalten, wodurch die Anzahl der Endringe und der entsprechenden Vorsprünge und Anschläge, die erforderlich sind, vergrößert wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird deshalb angestrebt, eine neue und verbesserte Brennstoffinjektordüsenhalterung zu schaffen.
Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem angestrebt, eine Brennstoffinjektordüsenhalterung zu schaffen, die eine relativ einfache Einrichtung zum Begrenzen der umfangsmäßigen Drehung eines Düsenhalterungsendrings hat.
Gemaß der Erfindung wird eine Halterung zum Befestigen einer Brennstoffinjektordüse in Strömungsverbindung mit einem Einlaß von einem Dom von einer Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, das eine longitudinale Mittelachse aufweist, geschaffen, enthaltend:
eine Halterungsplatte, die mit dem Dom verbindbar ist und eine Plattenöffnung aufweist, die in Strömungsverbindung mit dem Domeinlaß angeordnet werden kann; einen Endring mit einer Basis, die eine Endringbohrung aufweist zum verschiebbaren Aufnehmen der Brennstoffinjektordüse, wobei die Bohrung in Strömungsverbindung mit der Plattenöffnung angeordnet ist, damit Brennstoff von der Injektordüse durch den Domeinlaß injiziert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Endringbasis einen nicht-kreisförmigen Umfang aufweist zum Verhindern einer Drehung des Endrings und die Halterungsplatte einen Aufnehmer aufweist zum Aufnehmen der Endringbasis, wobei der Aufnehmer einen inneren Umfang aufweist, der komplementär zum Umfang der Endringbasis ist zum Verhindern einer Drehung der Endringbasis, die größer als eine vorbestimmte maximale Drehung Rmax ist, während eine radiale Verschiebung der Endringbasis bis zu einer vorbestimmten maximalen Verschiebung gestattet wird, zum Aufnehmen einer unterschiedlichen thermischen Bewegung der Brennstoffinjektordüse und der Halterungsplatte, und eine Einrichtung, die an der Halterungsplatte befestigt ist, zum Haltern des Endrings in dem Halterungsplattenaufnehmer
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels in Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Doppeldombrennkammer, enthaltend Brennstoff injektordüsenhalterungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine nach hinten gerichtete, teilweise geschnittene Queransicht eines Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Brennkammerdoms entlang der Linie 2-2 unter Darstellung eines Paars radial ausgerichteter, gegendrehender Verwirbler, enthaltend die Brennstoffinjektordüsenhalterung gemäß einer bevorzugten Ausführungs form,
Fig. 3 eine Radialschnittansicht einer der in Fig, 2 gezeigten identischen Brennkammern entlang der Linie 3-3, enthaltend die Brennstoffinjektordüsenhalterung gemäß der bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht der in den Fig. bis 3 gezeigten Brennstoff injektordüsenhalterung gemäß der bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 5 eine vergrößerte nach hinten gerichtete Ansicht eines Abschnitts einer der in Fig. 2 gezeigten identischen Brennstoffinjektordüsenhalterungen,
Fig. 6 eine nach hinten gerichtete teilweise geschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Brennstoffinjektordüsenhalterung ebenfalls entlang der Linie 2-2,
Fig. 7 eine vergrößerte, nach hinten gerichtete Ansicht eines Abschnitts einer der in Fig. 6 gezeigten identischen Brennstoffinjektordüsenhalterungen gemäß der zweiten Ausführungsform,
Fig. 8 eine Radialschnittansicht einer der in Fig. 6 gezeigten identischen Brennkammern entlang der Linie 8-8 unter Darstellung der zweiten Ausführungsform der Brennstoffinjektordüsen halterung.
In Fig. 1 ist eine exemplarische ringförmige Doppeldombrennkammer 10 gezeigt, die koaxial um eine longitudinale oder axiale Mittelachse 12 eines Gasturbinentriebwerks angeordnet ist. Obwohl eine Doppeldombrennkammer dargestellt ist, kann die Erfindung ebenso mit herkömmlichen Einzeldombrennkammern praktisch ausgeführt sein. Die Brennkammer 10 enthält eine schematisch dargestellte, herkömmliche, ringförmige, äußere Auskleidung 14 mit einem rückwärtigen Ende 14a, das in herkömmlicher Weise an einem ringförmigen Außengehäuse 16 des Triebwerks befestigt ist, und eine ebenfalls schematisch dargestellte, ringförmige innere Auskleidung 18 radial einwärts beabstandet von der äußeren Auskleidung 14 und ein rückwärtiges Ende 18a aufweisend, das in herkömmlicher Weise an einem ringförmigen Innengehäuse 20 des Triebwerks befestigt ist.
Die äußere Auskleidung 14 enthält außerdem ein Vorderende 14b, das in herkömmlicher Weise fest mit einem herkömmlichen, ringförmigen, radial außenliegenden ersten Dom 22, beispielsweise durch (Schrauben)Bolzen mit Gegenmuttern, fest verbunden ist. Die innere Auskleidung 18 enthält ebenfalls ein Vorderende 18b, das in herkömmlicher Weise mit einem ringförmigen, radial innenliegenden zweiten Dom 24, beispielsweise durch herkömmliche Bolzen fest verbunden ist. Ein herkömmlicher ringförmiger, hohler Zentralkörper 26 ist mit dem radial innenliegenden Umfang des ersten Doms 22 und dem radial außenliegenden Umfang des zweiten Doms 24, beispielsweise durch Bolzen, fest verbunden. Der erste Dom 22, der zweite Dom 24 und der Zentralkörper 26 sind jeweils koaxial um die Mittelachse 12 angeordnet.
Die ersten und zweiten Dome 22 und 24 enthalten jeweils mehrere auf dem Umfang im Abstand angeodnete Domeinlässe 28 um darin entsprechende Anzahlen von Vergasern 30zu haltern. Die Vergaser 30 und die ersten und zweiten Dome 22 und 24 sind bei dieser Ausführungsform dieser Erfindung identisch, mit Ausnahme ihrer bevorzugten Abmessungen, und deshalb trifft die Beschreibung von einem der Vergaser 30 auf sämtliche Vergaser 30 sowohl im ersten Dom 22 wie im zweiten Dom 24 zu.
Jeder der Vergaser 30 enthält eine herkömmliche Brennstoffinjektordüse 32, die sich von einem herkömmlichen Brennstoffrohr 34 aus erstreckt. Das Brennstoffrohr 34 ist in herkömmlicher Weise gehaltert und verläuft radial einwärts von dem Gehäuse 16 und wird in herkömmlicher Weise mit Brennstoff 36 versorgt, der von den Düsen 32 durch die Domeinlässe 28 hindurch ausgestoßen wird. Jeder der Vergaser 30 enthält außerdem einen gegendrehenden Verwirbler 38 herkömmlichen Aufbaus mit Ausnahme einer Brennstoffinjektordüsenhalterung 40 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist jeder der gegendrehenden Verwirbler 38 in herkömmlicher Weise, beispielsweise durch Löten, mit einem herkömmlichen ringförmigen Ablenkblech 42 fest verbunden, das ebenfalls in herkömmlicher Weise, beispielsweise durch Löten, an den jeweiligen Domen 22 und 24 durch jeweilige Domeinlässe 28 fest gehaltert ist.
Ein komprimierter Druckluftstrom 44 wird in herkömmlicher Weise zu der Brennkammer 10 aus einem (nicht gezeigten) herkömmlichen Kompressor übertragen, der stromaufwärts von dieser angeordnet ist, um die Brennkammer 10 in herkömmlicher Weise zu kühlen und außerdem den Luftstrom für die Verbrennung zu liefern. Beispielsweise wird der komprimierte Luftstrom 44 in herkömmlicher Weise durch die Verwirbler 38 geleitet und darin mit dem Brennstoff 36 von den Düsen 32 gemischt, um ein vorbestimmtes Brennstoff-/Luftgemisch zu bilden, das stromabwärts von den ersten und zweiten Domen 22 und 24 strömt und in herkömmlicher Weise entzündet wird, um Verbrennungsgase 46 zu erzeugen, die von der Brennkammer 10 zu einer (nicht gezeigten) herkömmlichen Turbine abgegeben werden, die den Kompressor antreibt.
Während des Betriebs der Brennkammer 10 erwärmen die Verbrennungsgase 46 die äußeren und inneren Auskleidungen 14 und 18 und die Dome 22 und 24, wodurch diese dazu veranlaßt werden, sich sowohl radial nach außen ausgehend von der Motormittelachse 12 wie axial in stromaufwärtiger Richtung ausgehend von den stromabwärtigen Enden 14a undlBa der Auskleidungen auszudehnen. Das Brennstoffrohr 34 ist relativ kühler als die Brennkammer 10, da durch dieses hindurch relativ kühler Brennstoff geleitet wird, wodurch eine unterschiedliche thermische Bewegung sowohl radial wie axial zwischen dem Brennstoffrohr 34 und der Brennkammer 10 auftritt. Dementsprechend sind die Brennstoffinjektordüsenhalterungen 40 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die Düsen 32 an den Domen 22 und 24 zu haltern, während sie axiale und radiale Bewegung dazwischen zulassen, um unerwünschte Wärme spannungen bzw. -belastungen zu verhindern, die andernfalls erzeugt werden würden, wenn diese Bestandteile miteinander fest verbunden wären.
In den Fig. 2-4 ist die Brennstoffinjektordüsenhalterung 40 gemäß einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf den in Fig. 1 gezeigten zweiten Dom 24 angewendet gezeigt. Die Halterung 40 für den ersten Dom 22 ist mit Ausnahme der Abmessung identisch und wird deshalb nicht getrennt beschrieben. Der Verwirbler 38 und die Leitanordnung 42 sind in herkömmlicher Weise koaxial um eine axiale oder longitudinale Mittelachse 48 des Domeinlasses 28 angeordnet, wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt.
Die Düsenhalterung 40 enthält eine Halterungsplatte 50, die, wie nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben, fest mit dem Dom 24 verbunden ist, und sie enthält eine zentrale Plattenöffnung 52, die koaxial um die Mittelachse 48 in Strömungsverbindung mit dem Domeinlaß 28 angeordnet ist. Die Platte 50 enthält außerdem eine in die stromaufwärtige Richtung weisende vordere Oberfläche 54 sowie eine gegenüberliegende rückwärtige Oberfläche 56, welche in die stromabwärtige Richtung weist. Die Düsenhalterung 40 enthält außerdem einen Endring 58 mit einer Basis 60, die eine stromaufwärts weisende vordere Oberfläche 62 und eine stromabwärts weisende rückwärtige Oberfläche 64 hat. Die Basis 60 enthält eine zentrale Endringbohrung 66 zum axial verschiebbaren Aufnehmen der Brennstoffinjektordüse 32. Der Innendurchmesser der Bohrung 66 ist in herkömmlicher Weise geringfügig größer als der Außendurchmesser 32, um einen Gleitsitz zu ermöglichen und um Herstellungstoleranzen sowie eine erwartete unterschiedliche thermische Ausdehnung dazwischen aufzunehmen. Die Bohrung 66 ist allgemein koaxial um die Mittelachse 48 in Strömungsverbindung mit der Plattenöffnung 52 und dem Domeinlaß 28 angeordnet, damit der Brennstoff 36 von der Düse 32 durch den Domeinlaß 28 in die Brennkammer 10 injiziert werden kann.
Wie insbesondere in den Fig. 4 und 5 gezeigt, hat die Endringbasis 60 gemäß der vorliegenden Erfindung einen nicht- kreisförmigen Umfang 68, der durch die Abwesenheit vorspringender Ansätze oder Nasen gekennzeichnet ist, wie sie beim Stand der Technik zur Verhinderung bzw. Beschränkung einer Drehung derselben vorgesehen sind, und die Halterungsplatte 50 enthält eine Aufnahme bzw. einen Aufnehmer 70 zum Aufnehmen der Endringbasis 60. Der Aufnehmer 70 hat einen Innenumfang 72, der hinsichtlich seiner Konfiguration bevorzugt komplementär zu dem Endringbasisumfang 68 ist, um die Drehung der Endringbasis 60 relativ zu der Mittelachse 48 zu beschränken oder zu verhindern, die größer als eine vorbestimmte maximale Drehung Rmax ist, während eine radiale Verschiebung der Endringbasis 60 bis zu einer vorbestimmten maximalen Verschiebung relativ zu der Triebwerksmittelachse 12 und der Domeinlaßmittelachse 48 gestattet ist, um eine unerschiedliche Bewegung zwischen der Brennstoffinjektordüse 32 und der Halterungsplatte 50 zu gestatten. Die Brennstoffinjektordüsenhalterung 40 enthält außerdem eine Einrichtung in Form einer Rückhalteplatte 74 zum axialen Haltern bzw. Zurückhalten des Endrings 58 in dem Halterungsplattenaufnehmer 70 relativ zu der Mittelachse 48.
Unter erneutem Bezug auf die Fig. 4 und 5 ist der nicht kreisförmige Endringbasisumfang 68 mehr im einzelnen dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Umfang 68 vierseitig bzw. viereckig mit geraden ersten und zweiten voneinander beabstandeten Kanten (nachfolgend auch Ränder genannt) 68a und 68b, die parallel zueinander sowie allgemein parallel zu einer radialen Achse 76 angeordnet sind, die ausgehend von der Triebwerksmittelachse 12 senkrecht nach außen verlaufen. Die Halterungsplatte 50 enthält bevorzugt gerade erste und zweite voneinander beabstandete Flansche 70a und 70b, die ausgehend von der vorderen Oberfläche 54 der Platte 50 senkrecht nach außen verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind, um den Aufnehmer 70 festzulegen. Die ersten und zweiten Flansche 70a und 70b sind bevorzugt von den ersten und zweiten Umfangskanten 68a und 68b beabstandet, wie in Fig. 5 gezeigt, um Umfangs-Spielräume Cc festzulegen. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat die Basis 60 eine Weite bzw. Breite W&sub1;, gemessen zwischen den ersten und zweiten Kanten 68a und 68b, die in vorbestimmter Weise kleiner ist als eine Weite bzw. Breite W&sub2; des Aufnehmers 70, gemessen zwischen den ersten und zweiten Flanschen 70a und 70b. Dies sorgt für allgemein gleiche Umfangs-Spielräume Cc zwischen der ersten Kante 68a und dem ersten Flansch 70a und zwischen der zweiten Kante 68b und dem zweiten Flansch 70b. Diese Umfangsspielräume Cc betragen etwa 0,178 cm (70 mils) zum Aufnehmen der Summierung von Herstellungstoleranzen, wodurch eine Drehung des Endrings 58 bis hin zu einer maximalen Drehung Rmax von etwa 2,7º gestattet ist. Wie in einer mit 58r bezeichneten strichlierten Linie gezeigt, kann sich der Endring 58 im Uhrzeigersinn bis hin zu dem maximalen Drehwinkel Rmax drehen, und in ähnlicher Weise kann er sich im Gegenuhrzeigersinn bis hin zu demselben maximalen Drehwinkel Rmax (d.h. plus oder minus Rmax) drehen.
Dementsprechend begrenzen die ersten und zweiten Kanten 68a und 68b, die in dem Aufnehmer 60 gegen die ersten und zweiten Flansche 70a und 70b angeordnet sind, die Drehung des Endrings 58 um die Achse 48 relativ zu der stationären Halterungsplatte 50 ohne die Notwendigkeit für die sich herkömmlicherweise erstreckenden Nasen und entsprechenden Anschläge. Durch Verwendung der gesamten Endringbasis 60 in dem Aufnehmer 70 zum Begrenzen der Drehung kann ein beträchtliches Maß an Abnutzung zwischen diesen beiden Bauteilen auftreten, während die Drehung des Endrings während seiner Standzeit in akzeptabler Weise beschränkt wird.
Die geraden Kanten 68a und 68b und die geraden Flansche 70a und 70b sind zum Zulassen einer radialen Translationsbewegung des Endrings in dem Aufnehmer 70 bevorzugt, um eine unterschiedliche radiale thermische Bewegung zwischen der Brennstoffinjektordüse 32, die in der Endringbohrung 66 angeordnet ist, und der stationären Halterungsplatte 50 und dem Dom 24 aufzunehmen. Da die Düse 32 der radialen thermischen Bewegung des Doms 24 während des Betriebs nacheilt, verbleibt der Endring 58, der auf der Düse 32 ruht, mit bzw. an der Düse 32, während sich die Halterungsplatte 50 radial mit dem Dom 24 bewegt. Durch Vorsehen der Umfangs- Spielräume Cc und der geraden Kanten und Flansche 68a, 68b, 70a und 70b wird diese unterschiedliche radiale thermische Bewegung aufgenommen, ohne auf die Brennstoffdüse 32 und den Dom 24 Biegelasten auszuüben.
Unter erneutem Bezug auf die Fig. 4 und 5 enthält der Endringbasisumfang 68 bevorzugt eine bogenförmige dritte Kante 68c, die erste radial äußere Enden 78 der ersten und zweiten Kanten 68a und 68b verbindet, und eine bogenförmige vierte Kante 68d, die zweite gegenüberliegende radial innere Enden 80 der ersten und zweiten Kanten 68a und 68b verbindet.
In komplementärer Weise enthält die Halterungsplatte 50 bevorzugt ferner einen bogenförmigen dritten Flansch 70c, der äußere erste Enden 82 der ersten und zweiten Flansche 70a und 70b integral radial verbindet, und einen bogenförmigen vierten Flansch 70d, der zweite gegenüberliegende radial innere Enden 84 der ersten und zweiten Flansche 70a und 70b integral verbindet. Die dritten und vierten Flansche 70c und 70d verlaufen ausgehend von der senkrecht nach außen, und die ersten, zweiten, dritten und vierten Flansche 70a, 70b, 70c und 70d bilden gemeinsam den Aufnehmer 70
Sowohl die dritten wie die vierten Kanten 68c und 68d wie die dritten und vierten Flansche 70c und 70d bilden Abschnitte von entsprechenden Kreisen, die einen jeweiligen Außendurchmesser D&sub1; und einen Innendurchmesser D&sub2; haben. Der Innendurchmesser D&sub2; ist in vorbestimmter Weise größer als der Außendurchmesser D&sub1; derart, daß die dritten und vierten Kanten 68c und 68d radial einwärts vom dritten Flansch 70c bzw. vom vierten Flansch 70d beabstandet sind, um allgemein gleiche radiale Spielräume Cr festzulegen. Die radialen Spielräume Cr sind bei der bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen gleich, sie können jedoch abhängig von bestimmten Ausführungen unterschiedlich sein; in sämtlichen Fällen erlauben die radialen Spielräume Cr eine unterschiedliche radiale thermische Bewegung zwischen dem Endring 58, der mit der Brennstoffinjektordüse 32 verbunden ist, und der stationären Halterungsplatte 50, die mit dem Dom 24 verbunden ist. Auf der radialen Spielraum Cr wird auch als die vorbestimmte maximale Verschiebung des Endrings 58 in der radialen Richtung relativ zu der Triebwerksmittelachse 12 sowie relativ zu der Halterungsplatte 50 bezug genommen. Der Endring 58 kann sich radial auswärts oder radial einwärts bis hin zu einer maximalen Verschiebung Cr (d.h. plus oder minus Cr) bewegen.
Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung können die dritten und vierten Flansche 70c und 70d weggelassen sein, wobei dann lediglich die ersten und zweiten Flansche 70a und 70b den Aufnehmer 70 festlegen, der deshalb an seinen beiden radialen Außen- und Innenenden offen ist. Die dritten und vierten Flansche 70c und 70d sind jedoch zur Begrenzung der radialen Bewegung des Endrings 58 für eine bessere Ausrichtung des Endrings 58 mit der Düse 32 für Zusammenbauzwecke bevorzugt. Außerdem sind sie aüch bevorzugt, damit die Rückhalteplatte 74 an der Halterungsplatte 50 zur Reduzierung der Vibrationsempfindlichkeit über 360b befestigt werden kann.
Wie beispielsweise in den Fig. 2 und 4 gezeigt, ist die Rückhalteplatte 74 mit der Halterungsplatte an den ersten, zweiten, dritten und vierten Flanschen 70a, 70b, 70c und 70d fest verbunden, indem sie daran angeschweißt oder angelötet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der Außenumfang 74b der Rückhalteplatte 74 eine komplementäre Konfiguration gegenüber den Profilen der ersten, zweiten, dritten und vierten Flansche 70a, 70b, 70c und 70d. Die Rückhalteplatte 74 enthält ein zentrales Spielraumloch 86 zum Aufnehmen der Düse 32 sowie um eine unbegrenzte oder unbehinderte Axial- und Querverschiebung der Düse 32 sowohl radial wie in Umfangsrichtung zu gestatten.
Mehr im einzelnen enthält der Endring 58 bei der bevorzugten Ausführungsfßrm eine herkömmliche konische Führung oder einen Trichter bzw. eine konische Erweiterung 88, der bzw. die ausgehend von der vorderen Oberfläche 62 auswärts verlaufen, um die Düse 62 während des Zusammenbaus in die Endringbohrung 66 zu führen. Während des Zusammenbaus wird der Endring 58, wie in Fig. 4 gezeigt, zunächst in dem Aufnehmer 70 derart positioniert, daß seine rückwärtige Oberfläche 64 die vordere Oberfläche 54 der Halterungsplatte 50 kontaktiert. Die Rückhalteplatte 74 wird daraufhin über dem Endring 58 positioniert, wobei das Spielraumloch 86 über der Führung 88 angeordnet ist. Die Führung 88 hat einen maximalen Außendurchmesser D&sub3;, der in vorbestimmter Weise kleiner ist als ein Innendurchmesser D&sub4; des Spielraumlochs 86. Die Höhe h der Flansche 70a, 70b, 70c und 70d ist in vorbestimmter Weise größer als die Dicke t der Endringbasis 60, um einen relativ kleinen Spielraum von etwa 0,038 cm (15 mils) zu schaffen, damit der Endring 58 in dem Aufnehmer 70 gleiten kann. Die Führung 88 hat einen minimalen Durchmesser D&sub5;, der in vorbestimmter Weise kleiner ist als der Durchmesser D&sub4; des Spielraumlochs 86, damit der Endring bis hin zu der maximalen Verschiebung von plus oder minus Cc und Cr in dem Aufnehmer gleiten kann. Der Durchmesser D&sub4; des Spielraumlochs 86 ist ebenfalls kleiner als der Durchmesser D&sub1; der Endringbasis 60 (d.h. des Basisumfangs der ersten und zweiten Kanten 68a und 68b), so daß der Endring 58 in dem Aufnehmer 70 axial zurückgehalten wird, sobald die Rückhalteplatte 74 mit der Halterungsplatte 50 fest verbunden ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die rückwärtige Oberfläche 64 der Endringbasis bevorzugt flach, und die vordere Oberfläche 54 der Halterungsplatte ist ebenfalls flach, so daß die hintere Oberfläche 64 während des Betriebs in dichtem Kontakt mit der vorderen Oberfläche 54 positioniert werden kann. Während des Betriebs erzeugt der komprimierte Luftstrom 44 eine Druckkraft gegen die Endringbasis 60, welche gegen die vordere Oberfläche 54 der Halterungsplatte gedrückt wird, wodurch eine Dichtung geschaffen ist, um sicherzustellen, daß der komprimierte Luftstrom 44 in präziser vorbestimmter Weise, wie herkömmlich bekannt, durch den Verwirbler 38 geschickt wird.
Die vorstehend beschriebene Brennstoffinjektordüsenhalterung 40 stellt deshalb eine relativ einfache Einrichtung dar, um die unterschiedliche thermische Bewegung zwischen der Brennstoffinjektordüse 32 und dem Dom 24 zuzulassen, während die Drehung des Endrings 58 ohne die Verwendung herkömmlicher Nasen und Anschläge begrenzt wird. Die Halterung 40 ist relativ einfach und kann beispielsweise durch Präzisionsguß relativ problemlos hergestellt werden, was zu einer erhöhten Standzeit der Halterung 40 führt. Solange der Basisumfang 68 nicht kreisförmig bleibt und einen Durchmesser (D&sub1;) hat, der größer ist als die minimale Breite W&sub2; des Aufnehmers 70, wird der Endring 58 stets daran gehindert, sich unbegrenzt zu drehen.
Obwohl die Halterungsplatte 50 bei einer Ausführungsform direkt mit dem Dom 24 fest verbunden sein kann, bildet sie bei der bevorzugten Ausführungsform einen Abschnitt des im übrigen herkömmlichen gegendrehenden Verwirblers 38, der dadurch die Halterungsplatte 50 fest mit dem Dom 24 verbindet.
Die rückwärtige Oberfläche 56 der Halterungsplatte, die beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, enthält mehr im einzelnen mehrere auf dem Umfang im Abstand angeodnete herkömmliche primäre Verwirbelungsschaufeln 90, die sich von dort senkrecht nach außen erstrecken, sowie koaxial um die Mittelachse 48. Eine ringförmige Trenn- bzw. Scheidewand 92 enthält einen radial verlaufenden Flansch 94, dessen in stromaufwärtige Richtung weisende Oberfläche mit den Schaufeln 90 fest verbunden ist, und sie enthält außerdem ein axial verlaufendes primäres Venturi-Stück 96, das koaxial um die Mittelachse 48 integral mit dem radialen Flansch 94 sowie in Strömungsverbindung mit der Halterungsplattenöffnung 52 und den Primärschaufeln 90 angeordnet ist, um den Brennstoff 36 aus der Düse 32, der durch die Öffnung 52 geleitet wird, und Luft 44 von den Schaufeln 90 aufzunehmen.
Mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete, herkömmliche, sekundäre Verwirbelungsschaufeln 98 erstrecken sich ausgehend von der rückwärtigen Oberfläche des radialen Trennwandflansches 94 senkrecht nach außen sowie in rückwärtiger Richtung gegenüberliegend zu den primären Schaufeln 90. Der Verwirbler 38 enthält außerdem ein ringförmiges Gehäuse 100 mit einem radial verlaufenden Flansch 102, der mit den zweiten Schaufeln 98 fest verbunden und koaxial um die Mittelachse 48 angeordnet ist. Das Gehäuse 100 enthält außerdem ein axial verlaufendes sekundäres Venturi- Stück 104, das integral mit dem radialen Flansch 102 gebildet und koaxial um das primäre Venturi-Stück 96 gebildet ist, sowie ausgehend davon teilweise in stromabwärtiger Richtung verläuft, um die Luft 44 von den sekundären Schaufeln 98 und die Luft 44 und den Brennstoff 36 von dem primären Venturi- Stück 96 aufzunehmen.
Der Verwirbler 38 ist in herkömmlicher Weise mit dem Brennkammer-Dom beispielsweise durch festes Verbinden am zweiten Venturi-Stück 104 mit der Leitanordnung 42 fest verbunden, die ihrerseits mit dem Dom 24 durch den Domeinlaß 28 fest verbunden ist, wobei die Verbindungen beispielsweise durch Löten vorgenommen sind.
In den Fig. 6-8 ist eine alternative zweite Ausführungsform der Brennstoffinjektordüsenhalterung 40 gezeigt, die mit 40b bezeichnet ist. Die zweite Düsenhalterung 40b ist im wesentlichen identisch mit der ersten Düsenhalterung 40 mit der Ausnahme der Abmessung, wie sie für bestimmte Anwendungen erforderlich ist, sowie mit Ausnahme eines allgemein rechteckigen Aufnehmers 70, eines rechteckigen Basisumfangs 68 des Endrings 58b und der rechteckigen Rückhalteplatte 74b anstelle der entsprechenden Bauteile in der ersten Düsenhalterung 40, die dafür bogenförmige Abschnitte hat.
Wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt, ist der Endringbasisumfang 68 rechteckig und hat vier gerade Kanten, d.h. erste und zweite Kanten 68a und 68b mit einer radialen Höhe H&sub1;, und dritte und vierte Kanten 68c und 68d mit einer Umfangsbreitebzw. -weite W&sub1; - Dementsprechend ist der Halterungsplattenaufnehmer 70 rechteckig und hat vier gerade Flansche, d.h erste und zweite Flansche 70a und 70b mit einer radialen Höhe H&sub2;, und dritte und vierte Flansche 70c und 70d mit einer Umfangsbreite bzw. -weite W&sub2;. Bei dieser Ausführungsform ist der mit 72b bezeichnete Aufnehmerinnenumfang sowohl radial wie in Umfangsrichtung von dem Basisumfang 68 beabstandet, um radiale und Umfangs-Spielräume Cr und Cc zu bilden. Der radiale Spielraum Cr erlaubt es dem Endring 58b, sich radial zu verschieben, und zwar entweder radial auswärts oder radial einwärts, bis zu einer vorbestimmten maximalen Verschiebung, d.h. plus oder minus Cr. Der Umfangs-Spielraum Cc erlaubt es dem Endring 58b, sich um die Mittelachse 48 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn bis hin zu einer vorbestimmten maximalen Drehung Rmax zu drehen, d.b. plus oder minus Rmax.
Bei einer Ausführungsform sind die Endringbasis 60b und die Halterungsplatte 50b in vorbestimmter Weise länger in radialer Richtung als in der Umfangsrichtung, so daß H&sub1; größer ist als W&sub1; und H&sub2; größer ist als W&sub2;, um rechte Winkel festzulegen. Bei einer alternativen Ausführungsform haben die Endringbasis 60b und die Halterungsplatte 50b gleiche Länge in den radialen und Umfangsrichtungen, so daß H&sub1; gleich W&sub1; und H&sub2; gleich W&sub2; ist, und der Endringbasisumfang 68 und der Halterungsplattenaufnehmer 70 sind jeweils quadratisch. Selbstverständlich ist ein Quadrat eine spezielle geometrische Ausführungsform eines Rechtecks, wobei das Quadrat bevorzugt ist, um die Flächen der jeweiligen Bauteile zu minimieren, während eine effektive Relativverschiebung derselben vorgesehen ist, um die unterschiedliche radiale thermische Bewegung aufzunehmen, während die Drehung des Endrings 58b um die Düse 32 begrenzt ist.
Während vorstehend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, erschließen sich dem Fachmann Modifikationen der Erfindung aus den angeführten Lehren, und es ist deshalb erwünscht, in den beiliegenden Ansprüchen sämtliche Modifikationen, die in den Umfang der Erfindung fallen, festzulegen.

Claims

1. Halterung (40) zum Befestigen einer Brennstoffinjektordüse (32) in Strömungsverbindung mit einem Einlaß (28) von einem Dom (22, 24) von einer Brennkammer (10) eines Gasturbinentriebwerks, das eine longitudinale Mittelachse (12) aufweist, enthaltend:

eine Halterungsplatte (50), die mit dem Dom (22, 24) verbindbar ist und eine Plattenöffnung (52) aufweist, die in Strömungsverbindung mit dem Domeinlaß (28) angeordnet werden kann,

einen Endring (58) mit einer Basis (60), die eine Endringbohrung (66) aufweist zum verschiebbaren Aufnehmen der Brennstoffinjektordüse (32), wobei die Bohrung (66) in Strömungsverbindung mit der Plattenöffnung (52) angeordnet ist, damit Brennstoff von der Injektordüse (32) durch den Domeinlaß (28) injiziert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß

die Endringbasis (60) einen nicht-kreisförmigen Umfang (68) aufweist zum Verhindern einer Drehung des Endringes (58) und die Halterungsplatte (50) einen Aufnehmer (70) aufweist zum Aufnehmen der Endringbasis (60), wobei der Aufnehmer (70) einen inneren Umfang (72) aufweist, der komplementär zu dem Umfang (68) der Endringbasis ist zum Verhindern einer Drehung der Endringbasis (60), die größer als eine vorbestimmte maximale Dreghung Rmax ist, während eine radiale Verschiebung der Endringbasis (60) bis zu einer vorbestimmten maximalen Verschiebung gestattet wird zum Aufnehmen einer unterschiedlichen thermischen Bewegung der Brennstoffinjektordüse (32) und der Halterungsplatte (50), und eine Einrichtung (74), die an der Halterungsplatte (50) befestigt ist, zum Haltern des Endringes (58) in dem Halterungsplattenaufnehmer (70).

2. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (68) der Endringbasis rechteckig ist.

3. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsplattenaufnehmer (70) rechteckig ist und der innere Umfang (72) im Abstand sowohl radial als auch in Umfangsrichtung von dem Endringbasisumfang (68) angeordnet ist, um radiale bzw. Umfangs-Spielräume zu bilden.

4. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endringbasis (60) und die Halterungsplatte (50) in einer radialen Richtung länger sind als in einer Umfangsrichtung.

5. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (68) der Endringbasis quadratisch ist und der Halterungsplattenaufnehmer (70) quadratisch ist.

6. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endringhalterungseinrichtung eine rechteckige Halterungsplatte (74) aufweist, die fest mit der Halterungsplatte (50) verbunden ist, zur verschiebbaren Halterung der Endringbasis (60) in dem Halterungsplattenaufnehmer (70), und ein Durchsteckloch (86) enthält zum Aufnehmen der Düse (32) und für eine unbelastete Verschiebung der Düse (32).

7. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (68) der Endringbasis viereckig ist und gerade erste und zweite im Abstand angeordnete Ränder (68a, 68b) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind.

8. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsplatte (50) gerade erste und zweite im Abstand angeordnete Flansche (70a, 70b) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind, um den Aufnehmer zu bilden, und im Abstand von den ersten bzw. zweiten Rändern (68a, 68b) des Umfangs der Endringbasis angeordnet sind.

9. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang (68) der Endringbasis ferner einen bogenförmigen dritten Rand (68c), der die ersten Enden der ersten und zweiten Ränder (68a, 68b) verbindet, und einen bogenförmigen vierten Rand (68d) aufweist, der zweite, gegenüberliegende Enden der ersten und zweiten Ränder (68a, 68b) verbindet.

10. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsplatte (50) ferner einen bogenförmigen dritten Flansch (70c), der erste Enden der ersten und zweiten Flansche (70a, 70b) verbindet, und einen bogenförmigen vierten Flansch (70d) aufweist, der zweite, gegenüberliegende Enden der ersten und zweiten Flansche (70a, 70b) verbindet, wobei die ersten, zweiten, dritten und vierten Flansche den Aufnehmer (70) bilden.

11. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Endringränder (68a, 68b) im Abstand von den ersten bzw. zweiten Flanschen (70a, 70b) angeordnet sind, um Umfangsspielräume Cc zu bilden, und die dritten und vierten Endringränder (68a, 68d) im Abstand von den dritten bzw. vierten Flanschen (70c, 70d) angeordnet sind, um radiale Spielräume Cr zu bilden.

12. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endringhalterungseinrichtung eine Halterungsplatte (74) aufweist, die fest mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Flanschen (70a, 70b, 70c und 70d) verbunden sind für eine verschiebbare Halterung der Endringbasis (60) in dem Halterungsplattenaufnehmer (70), und ein Durchsteckloch (86) enthält für eine Aufnahme der Düse (32) und eine unbelastete Verschiebung der Düse (32).

13. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Flansche (70a, 70b, 70c und 70d) sich von einer ebenen, nach vorne gerichteten Oberfläche (54) der Halterungsplatte (50) senkrecht nach außen erstrecken und die Endringbasis (60) eine ebene, nach hinten gerichtete Oberfläche (64) in einem dichtenden Kontakt mit der nach vorne gerichteten Plattenoberfläche (54) aufweist.

14. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Endring (58) ferner eine nach vorne gerichtete Oberfläche (62) und ein konisches Führungsteil (88) aufweist, das sich von dort nach außen erstreckt um die Düse (32) in der Endringbohrung (66) zu führen.

15. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsplatte (50) eine nach hinten gerichtete Oberfläche (56) mit mehreren auf dem Umfang im Abstand angeordneten Verwirbelungsschaufeln (90) aufweist, die sich von dort nach außen erstrecken.

16. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsplatte (50) eine ringförmige Scheidewand (92), die einen radial verlaufenden Flansch (94) aufweist, der fest mit den Schaufeln (90) verbunden ist, und ein sich axial erstrekkendes Venturi-Stück (96) aufweist, das in Strömungsverbindung mit der Halterungsplattenöffnung (52) und den Schaufeln (90) angeordnet ist, um Brennstoff aus der Düse (32), der durch die Halterungsplattenöffnung (52) geleitet ist, und Luft von den Schaufeln (90) aufzunehmen.

17. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln primäre Schaufeln (90) sind und das Venturi-Stück ein primäres Venturi-Stück (96) ist, und daß ferner mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete sekundäre Verwirbelungsschaufein (98) vorgesehen sind, die sich von der Scheidewand (92) nach außen und entgegengesetzt zu den primären Schaufeln (90) erstrecken.

18. Brennstoffinjektordüsenhalterung (40) nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Gehäuse (100) mit einem radial verlaufenden Flansch (102), der mit den sekundären Schaufeln (98) fest verbunden ist, und ein axial verlaufendes sekundäres Venturi-Stück (104), das koaxial um das primäre Venturi-Stück (96) angeordnet ist zum Aufnehmen von Luft aus den sekundären Schaufeln (96) und der Luft und dem Brennstoff aus dem primären Venturi-Stück (96).