SE505585C2 - Brännare för gasturbinmotor, försedd med anordningar för bortledning av partiklar från kylluften - Google Patents

Description

505 585 2 rimlig risk för igensättning av de små hålen. Genom uppfinningen reduceras avsevärt risken för igensättning av hålen och blockering av passagen av kylluft till brännarfodrets inre yta, och mer effektiv kylning av denna yta erhålls.

Ett syfte med uppfinningen är följaktligen att avlägsna smutspartiklar från den till brännarfodrets inre yta tillförda kylluften så att dessa partiklar förhindras fràn att täppa igenom mycket små hål anordnade ifoderväggen för passage av kylluft. s E H . fi .

Enligt en utföringsforrn av uppfinningen anordnas en skärm på avstånd fràn brännarfodrets yttre yta och sträcker sig över ett fiertal mycket små hål bildade i brännarfodret så att direkt luftflöde till dessa hål blockeras. Skärmen åstad- kommer även ett utrymme mellan skärmen och brännarfodret för mottagning av en omkastad luftström. En del av den utefter brännarfodrets yttre yta strömmande luften avlänkas för strömning i motsatt riktning i-sträckan mellan skännen och brännarfodret. Ett mindre fiertal väsentligen större hål är anordnade i brännar-. fodret vid stället för luftens riktningsomkastning så att smutspartiklar i luften på grund av centrifugalkraften strävar att strömma genom dessa större hål. En andra grupp större hål är anordnade i brännarfodret ungefär vid den främre änden av utrymmet mellan skärmen och brännarfodret. Under strömningen till de mycket smà hålen i brännarfodret måste luften kasta om riktningen en andra gång och väsentligen alla återstående smutspartiklar bringas att strömma genom denna andra grupp av hål under denna luftflödesomkastning. Den luft som når de mycket små hålen i brännarfodret och riktas mot den inre ytan av brännarfodret för kylning av densamma saknar följaktligen väsentligen smutspartiklar, och risken för igensättning av något av dessa mycket små hål minimeras.

I ; I I . . .I .

På ritningarna är fig. 1 ett snitt genom en del av en gasturbinmotor, vilket visar brännarkyl- anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 en i större skala av en del av fig. 1, vilken visar detaljer av uppfin- ningen, fig. 3 en ytterligare vy i större skala av en del av inre ytan hos brännar- fodret, vilken i överdriven form visar de i brännarfodret utnyttjade små hålen.

E l.. 'tal “ME 505 585 3 l fig. 1 visas en del av en brännkammare hos en gasturbinmotor, som all- mänt betecknas med 10. Brännkammaren är ringformad, innefattande en yttre vägg 12 och en inre vägg 14, mellan vilka finns ett ringforrnigt utrymme. I detta ringformiga utrymme finns en brännare 16. Brännaren 16 innefattar ett yttre foder 18 och ett inre foder 19. Ett flertal bränslemunstycken, av vilka ett visas vid 20, är anordnade vid en ände av brännaren för tillförsel av bränsle för förbränning i brännaren. Förbränningsluft tillförs utefter en bana 22. En del av denna luft passerar genom öppningar 24, som omger varje bränslemunstycke och in i brännarens inre för blandning med bränslet och förbränning. l den vanliga gas- turbinmotom är öppningama 24 anordnade i en virvelbildare, som ger luften en virvelrörelse i ändamål att uppnà en gnmdlig blandning med bränslet. Dessa detaljer, som ej bildar del av uppfinningen, har emellertid utelämnats i fig. 1.

En del av den utefter tillförselbanan 22 strömmande luften passerar runt brännarens 16 yttre, såsom visas med pilama 26 i fig. 1.' Brännarfodrens 18, 19 inre yta värms genom strålning från det i brännaren brinnande bränslets flamma och även genom konvektion pá grund av strömmen av förbränningsprodukter utefter brännarväggen. Den förbi brännaren utefter banan 26 strömmande luften hjälper till att förhindra att brännarfodren 18, 19 når en för hög temperatur. Det har emellertid visat sig önskvärt att i ändamål att hålla brännarfodertempera- turen inom acceptabla gränser åstadkomma ytterligare luftkylning av dess inre yta. För detta ändamål är hål 28 anordnade i brännarfodren 18, 19, så att en del av den utefter banan 26 strömmande luften kan passera genom dessa hål och riktas väsentligen som en film utefter brännarfodrets inre yta.

Ett sådant arrangemang, som ger effektiv kylning av fodrets inre yta visas i fig. 2 och 3 i större skala i något överdriven form. Detta arrangemang innefattar vid den i dessa figurer visade konstruktionen ett mycket stort antal mycket små hål 28, som är borrade i brännarfodret. Dessa hål borras med hjälp av laser och under en vinkel av approximativt 20° mot brännarfodrets 18 inre yta, så att från dessa hål utträdande luft i stor utsträckning riktas som en film utefter den inre ytan hos brännarfodret 18 för att åstadkomma dess kylning. Vid en särskild utföringsform av gasturbinmotom är det totala antalet hål 28 anordnade i brännama hos brännkammaren 20.000 och varje sådant hål har en diameter av omkring 0,5 mm (0,02 inch). På grund av det mycket stora antal mycket små hål 505 585 4 ger detta arrangemang en effektiv och likforrnig fördelning av kylluft över brän- nare-ns hela yta. Användningen av mycket små hål innebär emellertid, ehuru de effektivt uppnår en likformig kylning, ett problem på grund av att hålen är känsliga för igensättning av smutspartiklar i den utefter banan 22 strömmande luften. Detta är särskilt ett problem när ett flygplan, i vilket gasturbinmotom är installerad, arbetar i dammig miljö, såsom under gång på marken och lyftning. Genom föreliggande uppfinning har åtgärder vidtagits för att säkerställa att risken för igensättning av något större antal av dessa hål väsentligen elimineras.

Med särskild hänvisning till fig. 1 och 2 är fodret 18 format till bildande av en radiellt förlöpande väggdel 30. En skärm eller blockeringselement 32 är monte- rat på brännaren vid delen 30. Skärmen hari ett snitt formen av ett L och inne- fattar ett första ben 34 i L-et som är fixerat vid väggdelen 30 hos brännarfod- ret på vilket lämpligt sätt som helst så att skärmen 32 hamnar i rätt förhållande- de till brännarfodret. Skärmen innefattar ett andra och längre ben, vilket sträcker sig bakåt på avstånd från samt väsentligen parallellt med brännarfodret. Detta ben 36 är så beläget att det ligger infogat mellan den utefter banan 26 ström- mande luften och de i brännarfodret bildade många hålen 28. Såsom bäst framgår av fig. 2 sträcker sig den bakre änden av benet 36 just bakom det sista hålet 28 i brännarfodret så att direkt Iuftström från banan 26 in i och genom hålen förhindras.

Bortom benens 36 bakre ände flnns det en bana för införing av luft i ut- rymmet mellan skärmen 32 och fodrets 18 yttre yta. Ehuru föreliggande beskriv- ning befattar sig med luftströmmen relativt fodret 18, kommer det i fortsättningen av beskrivningen framgå att en liknande Iuftström är anordnad relativt fodret 19.

En onödig upprepning har utelämnats.

Som bäst visas i fig. 2 finns det ett utrymme 38 för luftströmning mellan den bakre änden av skärmen 32 och en fläns 40, som stödjer fodret 18. På grund av det lägre trycket i brännaren 16 jämfört med det iden utanför brännaren belägna banan 26 avlänkas en del av den utefter banan 26 strömmande luften genom utrymmet 38 och bringas att strömma i motsatt riktning i utrymmet 42 mellan skärmen 32 och brännarfodrets yttre yta, såsom anges med pilarna 44. Utrymmet 38 utgör ett inlopp för luftströmning i banor som beskrivs nedan. För att under- lätta ledningen av luft genom inloppet 38 till den omkastade strömningsbanan, är 505 585 den bakre änden av skärrnens 32 ben 36 krökt, såsom visas vid 46. För ytterli- gare underlättande av luftströmmen in i den omkastade flödesbanan, är en ledskena 48 uppvisande en del väsentligen parallell med skärrnens 32 krökta ände 46 monterad på brännarfodret ungefär mittemellan den krökta änden 46 hos skännen 32 och flänsen. Ledskenan 48 avdelar inloppet 38 i två delar, en för ledning av en del av luften utefter den med pilama 44 antydda banan och den andra för ledning av en annan del av luften utefter en andra bana 50.

I ändamål att från luften avlägsna luftpartiklar, vilka annars skulle kunna sätta igen vissa av hàlen 28 finns det i brännarfodret mellan änden på ledskenan 48 och flänsen 40 ett flertal hål 52 genom brännarfodret. Dessa hål är väsentligen större än hålen 28 så att smutspartiklar, som skulle kunna vara av en tillräcklig storlek för att sätta igen hålen 28 avlägsnas från den luftström som strömmar utefter banan 44 in i utrymmet 42 och leds fritt genom hålen 52. Vid en särskild utföringsform av uppfinningen är dessa hål ungefär 1,2 mm (0,05 inch) i diame- ter jämfört med 0,5 mm för hålen 28. Hålen 52 förekommer i mindre antal än hàlen 28. Vid en särskild utföringsform av uppfinningen finns det mellan 400 och 500 sådana hål 52 i brännkammaren jämfört med de ca 20.000 hålen 28 i fodret 1 8.

Såsom bäst framgår av fig. 2 riktas en viss del av denna avlänkade luft, såsom visas genom pilama 44, in i utrymmet 42 för strömning i motsatt riktning utefter banan i utrymmet 42 mellan skärmen 32 och brännarfodret 18. En andra del av denna avlänkade luft strömmari pilens 50 riktning in i utrymmet 54 mellan änden hos ledskenan 48 och flänsen 40 i hålens 52 riktning. På grund av den på den avlänkade luftströmmen under riktningsändringen verkande centrifugal- kraften strävar de i luftströmmen befintliga smutspartiklarna, som är tyngre än luften, att följa den yttre banan 50 och därför att riktas mot hålen 52. Dessa smutspartiklar avlägsnas därigenom från den del av den avlänkade luften, som strömmar i pilamas 44 riktning för omkastad luftströmning i utrymmet 42. Antalet smutspartiklar i den i banan 44 strömmande luften reduceras sålunda väsentligt så att den senare genom hålen 28 strömmande luften är väsentligen fri från sådana smutspartiklar och risken för att sådana partiklar skulle kunna blockera hàlen 28 minimeras.

För ytterligare eliminering av eventuellt kvarstående dammpartiklar, om nöd- 505 585 6 vändigt, har åtgärder vidtagits enligt uppfinningen för en andra omkastning av luftströmmen, varvid ett ytterligare flertal större hål är belägna bakom punkten för denna omkastning. Såsom visas i fig. 2 lutar hälen 28 bakåt så att den luft, som strömmar i omvänd riktning efter banan 44 i utrymmet 42 mäste avlänkas en andra gång för att kunna passera genom hålen 28. Benet 34 hos skärmen 32 hjälper till att åstadkomma denna andra flödesomkastning genom att blockera för ytterligare luftströmning utefter den inledande omkastade luftströmmen 44 vid utrymmets 42 främre ände. För att avlägsna eventuellt ytterligare smutspartiklar i den i utrymmet 42 strömmande luften finns det ett andra antal större hål 56 i brännarfodret i närheten av benet 34 hos skärmen 36. Såsom vid den första om- kastningen av luftströmmen bringar den andra strömningsomkastningen, som uppträder i utrymmet 42 när luften riktas genom hålen 28, de tyngre smutspar- tiklama att följa en genom pilen 57 angiven bana med större radie så att dessa partiklar hamnar bortom hålen 28 och i hålen 56, varigenom risken för att even- tuell i luften kvarstående smuts skall passera genom hålen 28 reduceras ytter- ligare.

För att bringa den genom hålen 52 strömmande luften att riktas väsentligen utefter den inre ytan hos fodrets 18 i den genom pilen 58 angivna riktningen är brännarfodret 18 utformat med en fläns 60 belägen innanför öppningama 52 på avstånd från dessa. En liknande fläns 62 är anordnad i ett läge på avstånd från öppningama 56 så att luft passerande genom öppningarna 52 riktas utefter brännarfodret i den allmänna riktning som anges med pilen 64.

Genom uppfinningen har sålunda åtgärd vidtagits för att blockera direkt luftströmning in ide mycket små hålen 28 och en del av den förbi brännaren strömmande luften bringas till riktningsomkastning innan den når de små hålen 28. Vid omkastningsstället är större hål anordnade, vilka leder bort de smuts- partiklar, som kastas utåt mot dessa större hål under luftströmmens riktnings- omkastning. För att säkerställa to m mer fullständig eliminering av alla smuts- partiklar åstadkoms en andra luftriktningsomkastning och ett andra flertal större hål är anordnade vid ett ställe bortom denna andra riktningsomkastning för att eliminera eventuella kvarstående smutspartiklar i luften. Den luft, som till slut når de små hålen är sålunda väsentligen fri från alla smutspartiklar och risken för igensättning av något av dessa små hål genom smutspartiklar är minimerad.

Claims (10)

10 15 20 25 30 505 585 Eatentkrav.

1. Brännare för en gasturbinmotor anordnad bakom utloppsänden till en _ gasturbins kompresssorsektion, innefattande: a) ett foder (18) anordnat innanför en brännaryttervägg (12) i utloppsluft- flödet från kompressom där kompressoms utloppsluftflöde går från den främre inloppsänden till den bakre utloppsänden, av vilket luflflöde en del (26) utnyttjas som kylluft för brännaren och där nämnda foder (18) är placerat för att åstad- komma kylluftströmning längs med nämnda foders (18) utsida, b) ett flertal relativt små filmkylningshål (28) i nämnda foder (18), varvid filmkylningshàlen (28) är riktade snett mot brännarens (16) bakre ände för att rikta kylluft utmed nämnda foders inneryta, kännetecknad av att den vidare innefattar: c) första på nämnda foder (18) anordnade organ (32, 34, 36) för att blockera direkt luftströmning till nämnda filmkylningshål (28) och åstadkomma en bana (44) mellan nämnda första organ och nämnda foders yttre yta för att åstadkomma en omkastad strömning (44) hos en del av utloppsflödet från nämnda kompressor, d) andra bakom nämnda första organ (30) anordnade organ (40, 46, 48) för att avlänka en del av nämnda luft och åstadkomma en omkastad strömning hos nämnda luft in i nämnda bana, samt e) ett första flertal större hål (52) anordnade i nämnda foder vid avlänk- ningsstället för luftströmmen i syfte att leda bort smutspartiklar genom dessa hål.

2. Brännare enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda första organ utgöres av en skärm (32) fästad vid fodrets yttre yta framför de små hålen (28) och sträckande sig parallellt med den yttre ytan till ett ställe bakom de små hàlen för att åstadkomma nämnda bana (44).

3. Brännare enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att antalet små hål (28) är väsentligen större än antalet större hål (52).

4. Brännare enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de små hàlens diameter är ca 0,5 mm och de större hàlens ca 1,2 mm.

5. Brännare enligt något av krav 2-4, kännetecknad av att skärmen (32) i ett snitt ungefär har formen av ett L med ett första ben (34) i L-et fästat vid fodret framför de små hàlen (28) och ett andra ben (36) i L-et sträckande sig väsentligen parallellt med fodret bakåt förbi de sista av de små hålen men framför de större 10 15 20 505 585 8 hålen (52), vilket första ben (34) blockerar direkt luftström till de små hålen (28) och likaså förhindrar ytterligare omkastad luftströmningsomkastning utefter nämnda bana, samt får luftflödet att länkas om en andra gång samt får luften att styras genom de små hålen (28).

6. Brännare enligt krav 5, kännetecknad av att den bakre änden hos skärmen (32) innefattar en utåtkrökt del (46) för att underlätta ledningen av en omkastad luftström in i banan (44).

7. Brännare enligt krav 6, kännetecknad av att en krökt ledskena (48) är anordnad med en del sträckande sig parallellt med skärmens krökta del (46), vilken ledskena är fästad vid fodret vid ett ställe åtskilt fràn skännens bakre ände för att tillsammans med skårrnens bakre ände åstadkomma ett inlopp för att underlätta luftavlänkning in i banan.

8. Brännare enligt krav 7, kännetecknad av att de större hålen (52) är anordnade i inloppets bakre del, varigenom smutspartiklari luften riktas mot de större hàlen under luftströmmens avlänkning.

9. Brännare enligt krav 5, kännetecknad av att det förutom de första större hålen (52) finns ett andra flertal större hål (56) i närheten av det första benet (34) för bortledning av smutspartiklar i luften när luftströmmen länkas om den andra gången.

10. Brännare enligt krav 9, kännetecknad av att brånnarfodret är utformat med en första fläns (60) anordnad i banan för luft, som strömmar genom de första större hålen (52), samt en andra fläns (62) anordnad i banan för luft, som strömmar genom de andra större hålen (56), vilka första och andra flänsar bringar den genom de större hålen passerande luften att riktas utefter fodrets inre yta.