DE1078815B

DE1078815B - Tube holder for flame tube sections and thus produced flame tube for gas turbine engines

Info

Publication number: DE1078815B
Application number: DEH34701A
Authority: DE
Inventors: Charles Gordon Mackay
Original assignee: Canada Minister of Natural Resources
Current assignee: Canada Minister of Natural Resources
Priority date: 1957-12-23
Filing date: 1958-11-03
Publication date: 1960-03-31

Description

Rohrhalter für Flammrohrabschnitte und damit hergestelltes Flammrohr für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrhalter zum Verbinden von im Durchmesser abgestuftenRohrabschnitten von Flammrohren für Gasturbinentriebwerke sowie auf mit solchen Rohrhaltern hergestellte Flammrohre.Tube holder for flame tube sections and flame tube made with it for gas turbine engines The invention relates to a pipe holder for connecting of graduated diameter pipe sections of flame tubes for gas turbine engines as well as flame tubes made with such tube holders.

Bei Gasturbinentriebwerken findet die Verbrennung üblicherweise in einem oder mehreren Flammrohren statt, die in Abständen zwischen dem inneren, die Turbinenwelle umgebenden und dem äußeren Gehäuse des Triebwerkes angeordnet sind. Die Flammrohrwände werden durch Luft gekühlt, die teils an der Außenseite der Flammrohrwand zwischen den Flammrohren und den Gehäusewänden strömt, teils auch in dünner Schicht an den Innenflächen der Flammrohrwände entlangströmt, wobei die Flammrohrwände durch diese innere Luftströmung gegen die Flammenhitze etwas isoliert werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Flammrohr aus mehreren gleichachsig hintereinanderliegenden Rohrabschnitten unterschiedlichen Durchmessers zusammenzusetzen, die in der Strömungsrichtung nach außen abgestuft sind, wobei jeweils der in der Strömungsrichtung nachfolgende Rohrabschnitt im Durchmesser um so viel größer als der davorliegende Rohrabschnitt ist, daß er den inneren Rohrabschnitt mit .einem Durchlaß für den Lufteintritt umschließt. Meist sind auch in den Wänden der Rohrabschnitte noch zusätzliche Löcher zum Eintritt von Frischluft in das Flammrohr vorgesehen.In gas turbine engines, combustion usually takes place in one or more flame tubes held at intervals between the interior, the Turbine shaft surrounding and the outer housing of the engine are arranged. The flame tube walls are cooled by air, some of which is on the outside of the flame tube wall between the flame tubes and the housing walls flows, sometimes in a thin layer flows along the inner surfaces of the flame tube walls, the flame tube walls through this internal air flow can be somewhat isolated from the heat of the flame. To this The purpose is known, the flame tube from several coaxially one behind the other Assemble pipe sections of different diameters running in the direction of flow are stepped outwards, with the following in the direction of flow Pipe section so much larger in diameter than the pipe section in front of it is that it encloses the inner pipe section with .einem passage for the air inlet. Usually there are also additional holes for entry in the walls of the pipe sections of fresh air is provided in the flame tube.

Bei derartigen Flammrohren wurden die benachbarten Rohrabschnitte bisher durch Zwischenstege oder wellenförmig gebogene Blechstreifen miteinander verbunden, die zwischen die sich überlappenden Enden der benachbarten Rohrabschnitte eingelegt wurden, wobei die Wellentäler dieser Streifen auf der Außenfläche des kleineren und die Wellenberge an der Innenfläche des größeren Rohrabschnittes befestigt wurden. Bei dieser Verbindung der Rohrenden nahmen die Zwischenstege oder Blechstreifen unter Einwirkung der bei Flammrohren auftretenden großen Temperaturschwankungen jedoch so starke Spannungen auf, daß die Befestigungsstellen losreißen und Verlagerungen der Rohrabschnitte eintreten können, die den Zusammenhalt des Flammrohres gefährden.In the case of such flame tubes, the adjacent tube sections were up to now by means of intermediate webs or sheet metal strips bent in a wave shape connected between the overlapping ends of the adjacent pipe sections were inserted, with the wave troughs of these strips on the outer surface of the smaller and the wave crests attached to the inner surface of the larger pipe section became. In this connection of the pipe ends, the intermediate webs or sheet metal strips took place under the influence of the large temperature fluctuations that occur with flame tubes however, so strong tensions that the attachment points tear loose and displacements of the pipe sections can occur which endanger the cohesion of the flame tube.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, einen Rohrhalter bzw. Rohrverbinder für radial abgestufte Rohrabschnitte von Flammrohren zu schaffen, bei dem derartige Beanspruchungen nicht auftreten und. der den Radialbewegungen der Rohrenden gegeneinander folgen kann, ohne übermäßige Spannungen aufzunehmen und loszureißen. Durch die Verwendung solcher Rohrhalter wird daher ein aus radial abgestuften kohrabschnitten zusammengesetztes Flammrohr wesentlich widerstandsfähiger und haltbarer.The invention is directed to a pipe holder or pipe connector to create for radially stepped pipe sections of flame tubes, in which such Stresses do not occur and. the radial movements of the pipe ends against each other can follow without taking up undue tension and pulling away. By using Such a pipe holder is therefore composed of radially stepped pipe sections Flame tube much more resistant and durable.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zur Verbindung der abgestuften Rohrenden dienenden Rohrhalter je aus einer Platte bestehen, die einen nicht bis an die Plattenränder reichenden Schlitz auf-,veist und auf der einen Seite des Schlitzes rechtwinklig zur Plattenebene zu einem einfachen Bügel, auf der anderen Schlitzseite in entgegengesetzterRichtung rechtwinklig zur Plattenebene zu einem wellenförmigen Bügel mit zwei auswärts gerichteten Wellenbergen gebogen ist, dessen mittlerer, zwischen den beiden Wellenbergen liegender Teil etwa in der Plattenebene liegt und zur Befestigung der Platte an dem einen Rohr dient, während der mittlere Teil des an der anderen Schlitzseite befindlichen einfachen Bügels zur Befestigung der Platte an dem anderen Rohr verwendet wird. Die Befestigung kann in der bekannten Weise durch Punktschweißung erfolgen.This is achieved according to the invention in that the connection the stepped pipe ends serving pipe holder each consist of a plate that a slit that does not extend to the edge of the plate, veisted and on one side Side of the slot perpendicular to the plane of the plate to form a simple bracket the other side of the slot in the opposite direction at right angles to the plane of the plate bent to a wave-shaped bracket with two outwardly directed wave crests is, whose middle part lying between the two wave crests is approximately in the Plate level is and is used to attach the plate to a tube while the middle part of the simple bracket on the other side of the slot used to attach the plate to the other pipe. The attachment can done in the known manner by spot welding.

Die den Rohrhalter bildende Platte ist vorzugsweise rechteckig und so eingeschnitten und bemessen, daß der Schlitz parallel zu zwei gegenüberliegenden Plattenkanten verläuft und die Bügel ausreichend breit sind, um sie mit mehreren Punktschweißungen an den Rohren zu befestigen, wobei die Punktschweißungen parallel zu den anderen Plattenkanten verlaufen. Die Rohrhalter werden zweckmäßig so verwendet, daß sie mit ihren Bügeln außen auf den Rohren sitzen, wobei sie mit ihrem einfachen Bügel auf dem inneren Rohr, mit ihrem wellenförmigen Bügel auf dem äußeren Rohr befestigt sind. Dies erleichtert nicht nur die Anbringung, sondern hat auch den Vorteil, daß die Rohrhalter vollkommen im - außenseitigen Kühlluftstrom liegen und mit ihrem einfach durchgebogenen Bügeln nur eine geringe Störung der Strömung der in das Flammrohr eintretenden Luft verursachen.The plate forming the tube holder is preferably rectangular and cut and dimensioned so that the slot is parallel to two opposite one another Panel edges and the temples are wide enough to accommodate multiple Attach spot welds to the pipes, keeping the spot welds parallel run to the other plate edges. The pipe holders are expediently used in such a way that that they sit with their brackets on the outside of the pipes, with she with its simple strap on the inner tube, with its wavy strap on attached to the outer tube. This not only makes it easier to attach, but also has the advantage that the pipe holder is completely in the - outside cooling air flow lie and with their simply bent ironing only a slight disturbance of the Cause the air entering the flame tube to flow.

Die Rohrhalter nach der Erfindung sichern nicht nur eine besonders haltbare Verbindung der Rohrenden, sondern haben den weiteren besonderen Vorteil, daß sich die Rohrabschnitte an ihren Enden nicht zu überlappen brauchen, wodurch an Rohrlänge und Gewicht gespart wird. Für Flugzeugtriebwerke ist die Gewichtsverminderung besonders wichtig.The pipe holder according to the invention not only secure one particularly durable connection of the pipe ends, but have the further special advantage that the pipe sections do not need to overlap at their ends, whereby in pipe length and weight is saved. For aircraft engines, the weight reduction is particularly important.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausbildung des Rohrhalters und des damit versehenen Flammrohres nach der Erfindung, und zwar zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht des zwischen zwei Rohrenden angeordneten Rohrhalters, Fig.2 eine Stirnansicht in kleinerem Maßstab und Fig.3 einen Längsschnitt durch zwei sich gegenüberliegende Flammrohre eines Gasturbinentriebwerkes.The drawing shows an example of the design of the pipe holder and the flame tube provided therewith according to the invention, namely FIG. 1 shows a Diagrammatic view of the pipe holder arranged between two pipe ends, FIG. 2 an end view on a smaller scale and FIG. 3 a longitudinal section through two opposite flame tubes of a gas turbine engine.

Der Rohrhalter 10 verbindet die Enden zweier Rohre il und 12 verschiedenen Durchmessers in solcher Weise, daß zwischen dem Außenrohr 11 und dem Innenrohr12 ein offener Durchlaß verbleibt. Der Rohrhalter besteht aus einer rechteckigen Platte 13, die einen Schlitz 14 enthält, -der parallel zu zwei Seitenkanten der Platte verläuft und nicht bis an die beiden anderen Kanten der Platte reicht. Von den beiderseits des Schlitzes liegenden Teilen der Platte ist der eine Teil nach einer Plattenseite zu einem einfachen Bügel 15, der andere Teil nach der anderen Plattenseite zu einem wellenförmigen Bügel 16 gebogen. Dabei liegt der zwischen .den beiden Wellenbergen,des Bügels 16 befindliche Teil 17 in der Ebene der Platte 13.The pipe holder 10 connects the ends of two pipes 11 and 12 of different diameters in such a way that an open passage remains between the outer pipe 11 and the inner pipe 12. The pipe holder consists of a rectangular plate 13 which contains a slot 14, -which runs parallel to two side edges of the plate and does not extend to the other two edges of the plate. Of the parts of the plate lying on both sides of the slot, one part is bent towards one side of the plate to form a simple bracket 15, the other part towards the other side of the plate to form a wave-shaped bracket 16. The part 17 located between the two wave crests of the bracket 16 lies in the plane of the plate 13.

Der Rohrhalter ist mit dem Außenrohr 11 durch Punktschweißungen 18 mit dem Innenrohr 12 durch Punktschweißungen 19 verbunden, wobei die Punktschweißungen 18 und 19 in den Mitten der Biigel 15 und 16 liegen.The pipe holder is connected to the outer pipe 11 by spot welds 18 connected to the inner tube 12 by spot welds 19, the spot welds 18 and 19 are in the middle of bars 15 and 16.

Den Radialdehnungen der Rohre 11 und 12 paßt sich der Rohrhalter durch Verformungen der Bügel 15 und 16 an. Da der Rohrhalter mit jedem Rohr nur auf einer Linie verbunden ist, kann durch derartige Verformungen das Verbindungsstück weder beschädigt noch von den Rohren abgerissen werden, da keine wesentlichen Spannungen zwischen den befestigten Teilen des Rohrhalters entstehen.The tube holder adapts to the radial expansions of the tubes 11 and 12 Deformations of the bracket 15 and 16. Since the tube holder with each tube is only on one Line is connected, the connector can neither by such deformations damaged nor torn off the pipes as there are no significant stresses arise between the fastened parts of the pipe holder.

Bei dem in Fig.3 gezeigten Gasturbinentriebwerk ist ein ringförmiges Flammrohr vorgesehen. Das Triebwerk ist mit einem äußeren Gehäuse 20 und einem konzentrisch darin angeordneten inneren Gehäuse 21 versehen. In diesem inneren Gehäuse befindet sich die Turbinenwelle 22, die auf dem hinteren Ende ein Turbinenrad 23 mit Laufschaufeln 24 und auf dem vorderen Ende ein Verdichterrad 25 trägt. Hinter dem Verdichterrad25 befindet sich ein Leitschaufelkranz26. Ein weiterer Leitschaufelkranz 27 ist vor dem Turbinenrad 23 angeordnet. Hinter dem Turbinenlaufrad 23 befindet sich ein Führungskonus 28, der in die Vortriebsdüse 39 ragt.In the gas turbine engine shown in Figure 3 is an annular Flame tube provided. The engine is concentric with an outer casing 20 and one inner housing 21 arranged therein. Located in this inner case The turbine shaft 22, which has a turbine wheel 23 with rotor blades on the rear end 24 and a compressor wheel 25 carries on the front end. Behind the compressor wheel 25 there is a guide vane ring26. Another guide vane ring 27 is in front the turbine wheel 23 is arranged. A guide cone is located behind the turbine runner 23 28, which protrudes into the propulsion nozzle 39.

Das ringförmige Flammrohr 29 besteht aus fünf ringförmigen Rohrabschnitten 30 bis 34, von denen jeder in .der Strömungsrichtung nachfolgende Abschnitt einen größeren Querschnitt hat als der vorhergehende. Das ringförmige Flammrohr wird in dem zwischen dem äußeren Gehäuse 20 und dem inneren Gehäuse 21 befindlichen Ringraum mit Abstand von diesen beiden Gehäusen durch Streben gehalten, und zwar Streben 35, die den vordersten Abschnitt 30 und Streben 36,- die den hintersten Abschnitt 34 mit den Gehäusen 20 und 21 verbinden. Eine ringförmige Brennstoffeinspritzleitung 37, die nach vorn durch einen im Querschnitt dachförmigen Ring abgeschirmt ist, ist im vordersten Teil des ersten Flammrohrabschnittes 30 angeordnet. Die Rohrabschnitte 30 bis 34 sind an ihren Enden untereinander durch mehrere auf den Umfang verteilte Rohrhalter 10 nach Fig. 1 und 2 verbunden.The ring-shaped flame tube 29 consists of five ring-shaped tube sections 30 to 34, each of which has a section following in the direction of flow has a larger cross-section than the previous one. The ring-shaped flame tube is in the annular space located between the outer housing 20 and the inner housing 21 held at a distance from these two housings by struts, namely struts 35, which is the foremost section 30 and struts 36, - which is the rearmost section Connect 34 to housings 20 and 21. An annular fuel injection line 37, which is shielded from the front by a ring with a roof-shaped cross-section, is arranged in the foremost part of the first flame tube section 30. The pipe sections 30 to 34 are at their ends among each other by several distributed over the circumference Pipe holder 10 according to FIGS. 1 and 2 connected.

Die ringförmigen Rohrabschnitte sind an ihren äußeren und inneren Wänden je mit einer größeren Anzahl Löcher 38 versehen, durch die Frischluft aus dem zwischen den Gehäusen 20, 21 und dem Flammrohr befindlichen Ringräumen in das Flammrohr gelangen kann. Außerdem kann Luft durch die zwischen den aufeinanderfolgenden Rohrabschnitten vorhandenen Ringspalte, die von denRohrhaltern10 überbrückt werden, in das Flammrohr einströmen.The annular pipe sections are on their outer and inner sides Walls each provided with a larger number of holes 38, through which fresh air the annular spaces located between the housings 20, 21 and the flame tube into the Flame tube can get. In addition, air can pass through between the successive Pipe sections existing annular gaps, which are bridged by the pipe holders 10, flow into the flame tube.

Im Betrieb liefert der Verdichter 25 Frischluft unter Druck in das Flammrohr und in die zwischen den Gehäusen 20, 21 und dem Flammrohr befindlichen Ringräume. Ein Teil der verdichteten Luft gelangt nämlich durch die vordere ringförmige Öffnung in das Flammrohr 29, wird hier mit dem durch das Rohr 37 eingespritzten Brennstoff vermischt und verbrannt, wobei die Flamme zusätzlich durch die Löcher 38 und die zwischen den benachbarten Rohrabschnitten vorhandenen Ringschlitze mit Luft gespeist wird. Ein weiterer Teil der Luft strömt an den Außenflächen des ringförmigen Flammrohres entlang und kühlt dabei seine Wandungen. Die heißen Verbrennungsgase treten nach hinten aus dem Flammrohr aus und strömen anschließend zuerst durch den Leitschaufelkranz 27 und dann durch den Laufschaufelkranz 24 der Turbine und gelangen schließlich in die Vortriebsdüse 39.In operation, the compressor 25 supplies fresh air under pressure into the Flame tube and located between the housings 20, 21 and the flame tube Annular spaces. Part of the compressed air passes through the front ring-shaped one The opening in the flame tube 29 is here injected with the one injected through the tube 37 Fuel mixed and burned, with the flame additionally passing through the holes 38 and the ring slots present between the adjacent pipe sections Air is fed. Another part of the air flows on the outer surfaces of the annular Flame tube along and cools its walls. The hot combustion gases exit the flame tube to the rear and then flow through the first Guide vane ring 27 and then through the blade ring 24 of the turbine and get finally into the propulsion nozzle 39.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pipe holder for connecting graduated in diameter Pipe sections of flame tubes for gas turbine engines, consisting of to the Pipe ends attached, preferably fixed by spot welds, with wave-shaped Connecting parts provided with curvatures, characterized in that the pipe holders (10) consist of a plate (13) which does not extend to the edge of the plate Has slot (14) and on one side of the slot at right angles to the plane of the plate to a simple bracket (15), on the other side of the slot in the opposite direction Direction perpendicular to the plane of the plate to a wave-shaped bracket with two outwards directed corrugations (16) is bent, its middle, between the two corrugations lying part (17) lies approximately in the plane of the plate and for fastening the plate on one tube (11) is used, while the middle part of the one on the other side of the slot located simple bracket (15) for attaching the plate to the other tube (12) is determined.

2. Pipe holder according to claim 1, characterized in that the by the slot (14) of the plate bounded, bow-like bent parts of the plate are provided with outer edges running parallel to your slot.

3. Pipe holder according to claim 1 or 2, characterized in that the tube holder forming the Plate consists of a rectangular plate (13) whose Slot (14) runs parallel to two opposite plate edges and their brackets (15, 16) with their .mittleren system and attachment points (18, 19) parallel to the the other two, plate edges lie.

4. flame tube for gas turbine engines with tube holders according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the tube holder (10) with their brackets (15, 16 ) sit on the outside of the flame tube hilding pipe sections (30 to 34) , with their simple bracket (15) on the inner tube, with their wave-shaped bracket (16) attached to the outer tube.

5. Flame tube according to claim 4, characterized in that the tube holder (10) are attached to the tube ends so that their contact and fastening points (18, 19) run parallel to the flame tube axis.

6. Fl ammr ear according to claim 4 or 5, characterized in that the pipe holder (10) are attached to the pipe ends so that the inner-n.-edges of their bracket (13) formed by your slot (14) of the plate (13) 15, 16) and the end edges of the pipe sections (30 to 34) connected by them lie in the same radial plane extending at right angles to the axis of the flame tube. Considered publications: German Patent Specifications No. 889 240, 825 777; British Patent Nos. 762 596, 743 149.