DE102020203955A1 - Combustion Chamber Housing and Manufacturing Process - Google Patents
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Abstract
Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere ein Brennkammergehäuse (1) für ein Triebwerk (T) eines Luftfahrzeugs, wobei- sich das Brennkammergehäuse (1) entlang einer Mittelachse (M) zwischen einem ersten Ende (1A) und einem zweiten Ende (1B) erstreckt,- das Brennkammergehäuse (1) einen Mittelteil (10) mit einem an dem ersten Ende (1A) vorgesehenen ersten Anschlussflansch (100) für die Verbindung mit einem Turbinengehäuse (TTG) für eine Turbine (TT) des Triebwerks (T) aufweist, und- das Brennkammergehäuse (1) mindestens ein Schulterstück (11, 12) aufweist, das an dem ersten Ende (1A) einen radial zu dem ersten Anschlussflansch (100) versetzt liegenden zweiten Anschlussflansch (110, 120) für eine Verdichterleitung (V1, V2) aufweist, über die eine Verdichterluftströmung (s) aus einem Verdichter (V) des Triebwerks (T) zu der Brennkammer (BK) geleitet wird, und wobei der Mittelteil (10) mit einem an dem zweiten Ende (1B) des Brennkammergehäuses (1) vorgesehenen Endabschnitt (10B), der einen Schnittstellenbereich für eine Zündkerze aufweist, und einem den ersten Anschlussflansch (100) umfassenden Ummantelungsabschnitt (10A) ausgebildet ist, und der Ummantelungsabschnitt (10A) und der Endabschnitt (10B) des Mittelteils (10) miteinander verschweißt sind.Der Ummantelungsabschnitt (10A) ist mit wenigstens einem durch Zylinderdrückwalzen einstückig hergestelltem Walzteil (FF2, FF3) gebildet, das vollständig um die Mittelachse (M) umlaufend ausgeführt ist.The proposed solution relates in particular to a combustion chamber housing (1) for an engine (T) of an aircraft, the combustion chamber housing (1) extending along a central axis (M) between a first end (1A) and a second end (1B), - the combustion chamber housing (1) has a central part (10) with a first connection flange (100) provided at the first end (1A) for connection to a turbine housing (TTG) for a turbine (TT) of the engine (T), and that Combustion chamber housing (1) has at least one shoulder piece (11, 12) which, at the first end (1A), has a second connection flange (110, 120) for a compressor line (V1, V2), which is radially offset from the first connection flange (100), Via which a compressor air flow (s) from a compressor (V) of the engine (T) is conducted to the combustion chamber (BK), and wherein the central part (10) has an end section provided at the second end (1B) of the combustion chamber housing (1) (10B), the has an interface region for a spark plug, and a casing portion (10A) comprising the first connection flange (100) is formed, and the casing portion (10A) and the end portion (10B) of the central part (10) are welded to one another. The casing portion (10A) is formed with at least one roller part (FF2, FF3) which is produced in one piece by cylinder spinning rollers and which is designed to run completely around the central axis (M).
Description
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ein Brennkammergehäuse für ein Triebwerk eines Luftfahrzeugs sowie ein Herstellungsverfahren für ein Brennkammergehäuse.The proposed solution relates to a combustion chamber housing for an engine of an aircraft and a manufacturing method for a combustion chamber housing.
Ein gattungsgemäßes Brennkammergehäuse erstreckt sich entlang einer Mittelachse zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Ferner weist das Brennkammergehäuse einen Mittelteil auf, der eingerichtet ist, eine Brennkammer eines Triebwerks zumindest teilweise zu umgeben, und der an dem ersten Ende einen ersten Anschlussflansch für die Verbindung mit einem Turbinengehäuse für eine Turbine des Triebwerks aufweist. Darüber hinaus ist mindestens ein Schulterstück an dem Brennkammergehäuse vorgesehen, dass - ebenfalls an dem ersten Ende - einen, bezogen auf die Mittelachse, radial zu dem ersten Anschlussflansch versetzt liegenden zweiten Anschlussflansch aufweist und dieser zweite Anschlussflansch ist vorgesehen, das Brennkammergehäuse mit einer Verdichterleitung zu verbinden, über die eine Verdichterluftströmung aus einem Verdichter des Triebwerks zu der Brennkammer geleitet wird. Ein derartiges Brennkammergehäuse weist somit an dem ersten Ende sowohl mindestens einen ersten Anschlussflansch als auch mindestens einen weiteren, zweiten Anschlussflansch auf, um das Brennkammergehäuse einerseits mit einem Turbinengehäuse und andererseits mit einer Verdichterleitung zu verbinden.A generic combustion chamber housing extends along a central axis between a first end and a second end. Furthermore, the combustion chamber housing has a central part which is set up to at least partially surround a combustion chamber of an engine and which has a first connection flange at the first end for connection to a turbine housing for a turbine of the engine. In addition, at least one shoulder piece is provided on the combustion chamber housing that - also at the first end - has a second connection flange that is offset radially to the first connection flange relative to the central axis, and this second connection flange is provided to connect the combustion chamber housing to a compressor line , via which a compressor air flow from a compressor of the engine is directed to the combustion chamber. Such a combustion chamber housing thus has at the first end both at least one first connection flange and at least one further, second connection flange in order to connect the combustion chamber housing on the one hand to a turbine housing and on the other hand to a compressor line.
Typischerweise kommt ein solches Brennkammergehäuse z.B. bei einem Triebwerk zum Einsatz, bei dem eine Turbine entlang einer Längsachse des Triebwerks (die mit der Mittelachse des Brennkammergehäuse zusammenfallen kann) zwischen einem Verdichter und einer Brennkammer angeordnet ist. Derartige Triebwerke kommen beispielsweise als Kleingasturbinen für Helikopter zum Einsatz. Bei einer solchen Kleingasturbine wird Verdichterluft im Wesentlichen entlang einer ersten Strömungsrichtung aus dem Verdichter kommend an der Turbine radial außen vorbeigeführt und über das mindestens eine Schulterstück des Brennkammergehäuses zur Brennkammer geführt. Eine bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehende Abgasströmung hoher kinetischer Energie wird dann entlang einer im Wesentlichen zu der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzten, zweiten Strömungsrichtung zu der Turbine geleitet.Typically, such a combustion chamber housing is used, for example, in an engine in which a turbine is arranged along a longitudinal axis of the engine (which can coincide with the central axis of the combustion chamber housing) between a compressor and a combustion chamber. Such engines are used, for example, as small gas turbines for helicopters. In such a small gas turbine, compressor air, coming from the compressor, is guided past the turbine radially on the outside, essentially along a first flow direction, and guided to the combustion chamber via the at least one shoulder piece of the combustion chamber housing. An exhaust gas flow of high kinetic energy that occurs during the combustion in the combustion chamber is then directed to the turbine along a second flow direction that is essentially opposite to the first flow direction.
Bei derartigen aus der Praxis bekannten Brennkammergehäusen weist der Mittelteil an dem zweiten Ende des Brennkammergehäuses einen Endabschnitt auf, der einen Schnittstellenbereich für eine Zündkerze aufweist. Der Schnittstellenbereich kann hierbei auch gegebenenfalls eine Montageöffnung für eine Einspritzdüse für das Einspritzen eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in die Brennkammer aufweisen, das über die Zündkerze gezündet wird. Der Mittelteil weist üblicherweise noch einen den ersten Anschlussflansch umfassenden Ummantelungsabschnitt auf, der mit dem typischerweise topfförmigen ausgebildeten Endabschnitt verschweißt ist. Der Ummantelungsabschnitt ist in der Praxis regelmäßig aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen gebildet. Diese Halbschalen sind hierbei als Gussteile gefertigt. Schweißnähte zur Verbindung der den Ummantelungsabschnitt bildenden Halbschalen verlaufen hierdurch insbesondere im Bereich eines an dem Brennkammergehäuse außenseitig ausgebildeten Rücksprungs zwischen ersten und zweiten Anschlussflanschen.In such combustion chamber housings known from practice, the central part at the second end of the combustion chamber housing has an end section which has an interface area for a spark plug. The interface area can optionally also have a mounting opening for an injection nozzle for injecting a fuel-air mixture into the combustion chamber, which is ignited via the spark plug. The middle part usually also has a sheathing section which encompasses the first connection flange and which is welded to the typically cup-shaped end section. In practice, the sheathing section is usually formed from two half-shells welded to one another. These half-shells are made here as cast parts. Weld seams for connecting the half-shells forming the sheathing section thereby run in particular in the area of a recess formed on the outside of the combustion chamber housing between first and second connection flanges.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass gerade im Bereich dieser Schweißnähte und hier insbesondere im Bereich eines zwischen beiden Anschlussflanschen vorliegenden Rücksprungs infolge von Ermüdungserscheinungen Anrisse entstehen können. Diese Anrisse können wiederum zu größeren Rissen anwachsen, die nicht nur die Leistung des Triebwerks reduzieren, sondern auch zu größeren Aufrissen an dem Brennkammergehäuse führen können.In practice it has been shown that cracks can arise as a result of fatigue phenomena precisely in the area of these weld seams and here in particular in the area of a recess present between the two connection flanges. These cracks can in turn grow into larger cracks, which not only reduce the performance of the engine, but can also lead to larger cracks in the combustion chamber housing.
Der vorgeschlagenen Lösung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, in dieser Hinsicht Abhilfe zu schaffen und insbesondere das Risiko für Anrisse im Bereich zwischen den beiden Anschlussflanschen eines Brennkammergehäuses zu reduzieren.Against this background, the proposed solution is based on the task of providing a remedy in this regard and, in particular, of reducing the risk of cracks in the area between the two connection flanges of a combustion chamber housing.
Diese Aufgabe ist sowohl mit einem Brennkammergehäuse des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 11 als auch mit einem Herstellungsverfahren des Anspruchs 17 gelöst. This object is achieved both with a combustion chamber housing of
Gemäß einem ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung ist ein Brennkammergehäuse vorgesehen, bei dem der Ummantelungsabschnitt des Mittelteils mit wenigstens einem durch Zylinderdrückwalzen einstückig hergestellten Walzteil gebildet ist, das vollständig um die Mittelachse des Brennkammergehäuse umlaufend ausgeführt ist.According to a first aspect of the proposed solution, a combustion chamber housing is provided in which the casing section of the central part is formed with at least one roller part produced in one piece by cylinder spinning rollers, which is completely circumferential around the central axis of the combustion chamber housing.
Hierbei geht die vorgeschlagene Lösung von dem Grundgedanken aus, durch Zylinderdrückwalzen, insbesondere durch lasergestütztes Zylinderdrückwalzen (englisch: „flow forming“ respektive „laser assisted flow forming“), einen sich vollständig um die Mittelachse umlaufenden Hohlkörper für das Mittelteil zu bilden, sodass sich eine etwaige Schweißverbindung zur Verbindung des Ummantelungsabschnitts mit weiteren Abschnitten des Brennkammergehäuse nicht in einer parallel zur Mittelachse verlaufenden (Verbindungs-) Ebene erstrecken muss, sondern beispielsweise in einer senkrecht zur Mittelachse verlaufenden Verbindungsebene erfolgen kann. Eine etwaige Schweißnaht kann sich dementsprechend an dem Ummantelungsabschnitt entlang einer Umfangsrichtung um die Mittelachse erstrecken. Hiermit lässt sich dann insbesondere die Ausbildung einer Schweißnaht im Bereich eines etwaigen Rücksprungs zwischen ersten und zweiten Anschlussflanschen des Brennkammergehäuse vermeiden, die im Lichte von Praxistests sowie experimentellen und computergestützten Versuchsergebnisse im Betrieb des Triebwerks besonders belastet sind.The proposed solution is based on the basic idea of using cylinder spinning rollers, in particular laser-assisted cylinder spinning rollers (English: "flow forming" or "laser assisted flow forming"), to form a hollow body for the middle part that completely encircles the central axis, so that a Any welded connection for connecting the casing section to further sections of the combustion chamber housing does not have to extend in a (connecting) plane running parallel to the central axis, but can, for example, take place in a connecting plane running perpendicular to the central axis. Any weld seam can develop accordingly extend at the sheath portion along a circumferential direction around the central axis. In this way, in particular, the formation of a weld seam in the area of a possible recess between the first and second connection flanges of the combustion chamber housing can be avoided, which is particularly stressed in the light of practical tests as well as experimental and computer-aided test results in the operation of the engine.
Die Bildung des Ummantelungsabschnitts an dem Brennkammergehäuse kann hierbei ohne weiteres zusätzlich zu eine lokalen Verstärkung im Bereich des Rücksprung durch Aufbringung eines Drahtgeflechts (englisch „wire patch“) vorgesehen sein, wie es bereits in der der Praxis umgesetzt ist. Gegebenenfalls kann eine solche lokale Versteifung bei der vorgeschlagenen Lösung aber auch entfallen, da die lokale Schwächung des Brennkammergehäuses in Folge der hier vorgesehenen Schweißverbindung nicht mehr vorhanden sein muss.The formation of the cladding section on the combustion chamber housing can easily be provided in addition to local reinforcement in the area of the recess by applying a wire mesh (English “wire patch”), as has already been implemented in practice. If necessary, however, such a local stiffening can also be omitted in the proposed solution, since the local weakening of the combustion chamber housing no longer has to be present as a result of the welded connection provided here.
In einer Ausführungsvariante bildet gerade das Walzenteil den Rücksprung aus, der zwischen dem ersten Anschlussflansch und dem zweiten Anschlussflansch vorhanden ist. Das Walzteil bildet hier folglich einen gegenüber den vorspringenden ersten und zweiten Anschlussflanschen zurückgesetzten und die die Anschlussflansche ausbildenden Bereiche miteinander verbindenden Übergang aus.In one embodiment variant, the roller part forms the recess that is present between the first connection flange and the second connection flange. The rolled part here consequently forms a transition which is set back with respect to the protruding first and second connection flanges and connects the areas forming the connection flanges to one another.
Das Walzteil kann grundsätzlich um die Mittelachse umlaufend mit einem den Endabschnitt ausbildenden Bauteil verschweißt sein. Hierbei kann das den Endabschnitt ausbildende Bauteil insbesondere einen topfförmigen Endabschnitt umfassen, an dem der Schnittstellenbereich für eine Zündkerze und gegebenenfalls auch für eine Einspritzdüse ausgebildet ist. An dem Schnittstellenbereich des Endabschnitts erfolgt folglich die Halterung der in die Brennkammer des Triebwerks ragenden Zündkerzen und/oder der in die Brennkammer ragenden Einspritzdüse für das Entzünden und die Bereitstellung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer.In principle, the rolled part can be welded to a component forming the end section around the center axis. In this case, the component forming the end section can in particular comprise a pot-shaped end section on which the interface area for a spark plug and possibly also for an injection nozzle is formed. The spark plugs protruding into the combustion chamber of the engine and / or the injection nozzle protruding into the combustion chamber for igniting and providing a fuel-air mixture in the combustion chamber is consequently held at the interface area of the end section.
In einer Ausführungsvariante kann das den Endabschnitt ausbildende Bauteil des Brennkammergehäuses einen sich trichterförmig zu dem Ummantelungsabschnitt hin aufweitenden Bereich aufweisen. Gerade an diesem sich aufweitenden Bereich ist dann in einer Ausführungsvariante einer Schweißverbindung mit dem Walzteil des Ummantelungsabschnitts vorgesehen. Eine Schweißnaht oder mehrere Schweißnähte an einem sich trichterförmig aufweitenden Bereichs hat hierbei gegebenenfalls den Vorteil, dass eine Schweißnaht nicht umfangsseitig gerade in demjenigen Bereich verläuft, in dem eine abrupte Durchmesserverminderung zu dem topfförmigen Endabschnitt vorgesehen ist.In one embodiment variant, the component of the combustion chamber housing that forms the end section can have an area that widens in the shape of a funnel towards the casing section. In one embodiment variant, a welded connection with the rolled part of the sheathing section is then provided precisely in this widening area. A weld seam or several weld seams on a funnel-shaped widening area may have the advantage that a weld seam does not run circumferentially in that area in which an abrupt diameter reduction to the cup-shaped end section is provided.
Alternativ oder ergänzend kann das den Endabschnitt ausbildende Bauteil ein ebenfalls durch Zylinderdrückwalzen einstückig hergestelltes (weiteres) Walzteil sein.As an alternative or in addition, the component forming the end section can be a (further) rolled part likewise produced in one piece by cylinder spinning rollers.
In einer Ausführungsvariante ist der Ummantelungsabschnitt an dem Mittelteil mit zwei jeweils durch Zylinderdrückwalzen einstückig hergestellten Walzteile gebildet, die jeweils vollständig um die Mittelachse umlaufend ausgeführt und miteinander verschweißt sind. Der Ummantelungsabschnitt des Mittelteils ist in dieser Variante folglich mit zwei durch Zylinderdrückwalzen, insbesondere lasergestütztes Zylinderdrückwalzen hergestellten Hohlkörpern gebildet, die um die Mittelachse des Brennkammergehäuse umlaufend miteinander verschweißt sind. Dies kann gerade bei einer komplexeren Geometrie des Brennkammergehäuses von Vorteil sein. Hierdurch ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass der Ummantelungsabschnitt vollständig - gegebenenfalls nur ohne das mindestens eine Schulterstück - durch ein einzelnes einstückiges, durch Zylinderdrückwalzen hergestelltes Walzteil gebildet wird.In one embodiment variant, the sheathing section on the central part is formed with two rolled parts, each produced in one piece by cylinder spinning rollers, which are each completely circumferential around the central axis and welded to one another. In this variant, the casing section of the central part is consequently formed with two hollow bodies produced by cylinder pressing rollers, in particular laser-assisted cylinder pressing rollers, which are welded to one another circumferentially around the central axis of the combustion chamber housing. This can be of advantage especially in the case of a more complex geometry of the combustion chamber housing. However, this does not exclude the possibility that the casing section is formed completely - possibly only without the at least one shoulder piece - by a single, one-piece rolled part produced by cylinder pressure rollers.
So kann beispielsweise ein das mindestens eine Schulterstück ausbildendes Bauteil mit dem Ummantelungsabschnitt verschweißt sein. So ist es insbesondere auch möglich, dass das mindestens eine Schulterstück ausbildende Bauteil ein Gussteil ist. Dementsprechend weist das Brennkammergehäuse dann beispielsweise mindestens ein durch Zylinderdrückwalzen hergestelltes Walzteil für den Ummantelungsabschnitt und mindestens ein konventionell hergestelltes Gussteil für das mindestens eine Schulterstück auf.For example, a component forming the at least one shoulder piece can be welded to the casing section. In particular, it is also possible for the component forming at least one shoulder piece to be a cast part. Accordingly, the combustion chamber housing then has, for example, at least one rolled part produced by cylinder spinning for the casing section and at least one conventionally produced cast part for the at least one shoulder piece.
Das Brennkammergehäuse weist in einer Ausführungsvariante mindestens zwei Schulterstücke auf, die jeweils an dem ersten Ende des Brennkammergehäuses einen bezogen auf die Mittelachse radial zu dem ersten Anschlussflansch versetzt liegenden zweiten Anschlussflansch aufweisen. Der erste Anschlussflansch für die Verbindung mit dem Turbinengehäuse liegt hierbei folglich zwischen den zwei zweiten Anschlussflanschen. Insbesondere kann der erste Anschlussflansch zwischen den zwei zweiten Anschlussflanschen derart angeordnet sein, dass Mittelpunkte der ersten und zweiten Anschlussflansche auf einer quer zur Mittelachse verlaufenden Geraden liegen. Alternativ oder ergänzend können die zweiten Anschlussflansche spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Mittelachse und durch einen Mittelpunkt des ersten Anschlussflansches verlaufenden Symmetrieachse ausgebildet sein.In one embodiment, the combustion chamber housing has at least two shoulder pieces, each of which has a second connection flange at the first end of the combustion chamber housing, which is offset radially with respect to the central axis relative to the first connection flange. The first connection flange for the connection to the turbine housing consequently lies between the two second connection flanges. In particular, the first connection flange can be arranged between the two second connection flanges in such a way that center points of the first and second connection flanges lie on a straight line running transversely to the center axis. As an alternative or in addition, the second connection flanges can be designed mirror-symmetrically to an axis of symmetry running perpendicular to the central axis and through a center point of the first connection flange.
Ein weiterer Aspekt der vorgeschlagenen Lösung betrifft ein Brennkammergehäuse, das einen Rücksprung zwischen einem ersten Anschlussflansch und dem zweiten Anschlussflansch aufweist und bei dem innerhalb eines in dem Schulterstück gebildeten und sich in Richtung des Mittelteils des Brennkammergehäuses erstreckenden Kanals mindestens ein Leitelement vorgesehen ist, über das eine in Richtung des Mittelteils strömende Verdichterluftströmung innerhalb des Brennkammergehäuses an einem den Rücksprung ausbildenden Gehäuseabschnitt vorbeigeführt wird.Another aspect of the proposed solution relates to a combustion chamber housing which has a recess between a first connection flange and the second connection flange and in which one inside the shoulder piece formed and extending in the direction of the central part of the combustion chamber housing channel is provided via which a compressor air flow flowing in the direction of the central part within the combustion chamber housing is guided past a housing section forming the recess.
Über das mindestens eine Leitelement in dem (Lufteinlass-) Kanal des Schulterstücks kann eine Verdichterluftströmung gezielt an demjenigen Gehäuseabschnitt des Brennerkammergehäuses innenseitig vorbeigeführt werden, an dem in der Praxis ansonsten aufgrund der Geometrie und entstehenden thermischen Belastungen unter Umständen unerwünschte Ermüdungserscheinungen auftreten. Das mindestens eine Leitelement führt hierbei folglich im Betrieb des Triebwerks die Verdichterluftströmung, die über das Brennkammergehäuse und insbesondere dessen mindestens eine Schulterstück in Richtung des Mittelteils und hierüber zu der Brennkammer geleitet wird, an einer inneren Mantelfläche desjenigen Gehäuseabschnitts gezielt vorbei, der außenseitig (d. h. an der Außenseite des Brennkammergehäuses) den Rücksprung zwischen den ersten und zweiten Anschlussflanschen ausbildet. So kann über ein entsprechendes Leitelement in dem (Lufteinlass-) Kanal des Schulterstücks erreicht werden, dass eine unerwünschte Rezirkulationszone im Bereich des Rücksprungs und innerhalb des Brennkammergehäuses vermieden wird. Über die gezielt vorbeigeführte Verdichterluftströmung, die im Vergleich zu einer im Betrieb des Triebwerks aus dem Bereich der Brennkammer rezirkulierenden Heißluft deutlich kühler ist, wird gegenüber bisher üblichen Designs der den Rücksprung ausbildende Gehäuseabschnitt des Brennkammergehäuses somit thermisch weniger belastet.Via the at least one guide element in the (air inlet) channel of the shoulder piece, a compressor air flow can be directed past that housing section of the burner chamber housing on the inside where, in practice, undesirable signs of fatigue may otherwise occur due to the geometry and the resulting thermal loads. During the operation of the engine, the at least one guide element consequently guides the compressor air flow, which is directed over the combustion chamber housing and in particular its at least one shoulder piece in the direction of the central part and via this to the combustion chamber, specifically past an inner jacket surface of that housing section which is on the outside (i.e. at the outside of the combustion chamber housing) forms the recess between the first and second connection flanges. A corresponding guide element in the (air inlet) channel of the shoulder piece can prevent an undesired recirculation zone in the area of the recess and within the combustion chamber housing. Compared to the previously customary designs, the housing section of the combustion chamber housing that forms the recess is therefore thermally less stressed by the targeted compressor air flow, which is significantly cooler compared to hot air that is recirculated from the area of the combustion chamber when the engine is in operation.
In diesem Zusammenhang spielt auch eine Rolle, dass der den Rücksprung aufweisende Gehäuseabschnitt des Brennkammergehäuses im Betrieb des Triebwerks besonders durch Wärme-Strahlung belastet sein kann. Diese Wärme-Strahlung stammt von der heißen Brennkammer. In Zusammenhang mit etwaigen Rezirkulationswirbeln kommt es so an im Bereich des Rücksprungs unter Umständen zu einem starken Wärmeeintrag durch Strahlung bei gleichzeitigem Kühlungsmangel wegen der infolge der starken Krümmungen abgelösten Luftströmung, was dann ursächlich für eine hohe thermische Belastung sein kann.In this context, it also plays a role that the housing section of the combustion chamber housing having the recess can be particularly stressed by heat radiation when the engine is in operation. This heat radiation comes from the hot combustion chamber. In connection with any recirculation eddies, there may be a strong heat input in the area of the recess due to radiation with a simultaneous lack of cooling due to the air flow released as a result of the strong curvatures, which can then be the cause of a high thermal load.
Beispielsweise umfasst das Leitelement mindestens ein Leitblech, um bei möglichst geringem Druckverlust die Luftströmung umzulenken (z.B. um circa 45 Grad). Insbesondere kann dieses Leitblech gebogen oder gewölbt oder als gekrümmtes aerodynamisches Profil (nach Art einer Umlenkschaufel) ausgeführt sein, um im Betrieb des Triebwerks die an dem Schulterstück in das Brennkammergehäuse eintretende Verdichterluftströmung gezielt um den den Rücksprung ausbildenden Gehäuseabschnitt vorbeizuführen und hierbei einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufzuweisen. Insbesondere kann das Leitelement auch mehrere (mindestens zwei) Leitbleche umfassen, beispielsweise aus einer Kaskade von Leitblechen bestehen. Mehrere Leitbleche können hierbei in einer Tandemanordnung angeordnet sein. Vorteil einer möglichen Tandemanordnung kann unter anderem sein, dass die Dicke des Profils vergleichsweise gering und eine hiermit gebildetes Leitelement respektive Leitelementeinrichtung filigraner (und damit leichter) wäre als ein einzelnes Leitblech.For example, the guide element comprises at least one guide plate in order to deflect the air flow with the lowest possible pressure loss (e.g. by approximately 45 degrees). In particular, this guide plate can be curved or arched or designed as a curved aerodynamic profile (like a deflecting vane) in order to guide the compressor air flow entering the combustion chamber housing at the shoulder piece in a targeted manner around the housing section forming the recess and thereby have the lowest possible flow resistance . In particular, the guide element can also comprise several (at least two) guide plates, for example consist of a cascade of guide plates. Several baffles can be arranged in a tandem arrangement. The advantage of a possible tandem arrangement can, among other things, be that the thickness of the profile is comparatively small and a guide element or guide element device formed therewith would be more filigree (and thus lighter) than a single guide plate.
Das Leitelement kann beispielsweise in dem Kanal des Schulterstücks mit einer Innenwand des Kanals über mindestens ein Befestigungselement mechanisch und/oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweißt oder verlötet sein. Derart kann das mindestens eine Leitelement auch noch separat und damit nachträglich an ein bereits bestehendes Brennkammergehäuse montiert werden. Unter einer mechanischen Verbindung wird beispielsweise eine Schraubkonstruktion mit Flanschen an dem Leitelement verstanden.The guide element can, for example, be mechanically and / or cohesively connected, in particular welded or soldered, in the channel of the shoulder piece to an inner wall of the channel via at least one fastening element. In this way, the at least one guide element can also be mounted separately and thus subsequently on an already existing combustion chamber housing. A mechanical connection is understood to mean, for example, a screw structure with flanges on the guide element.
In einer Ausführungsvariante mit einem aus mehreren Leitblechen gebildeten Leitelement kann in einer Ausführungsvariante ein separates Bauteil als Leitelement hergestellt sein, das mehrere Leitbleche integriert. Hierfür können beispielsweise additive Fertigungsverfahren oder Gießverfahren zum Einsatz kommen. Alternativ oder ergänzend können über Fräsverfahren die Leitbleche mit entsprechendem Profil hergestellt und dann zusammengelötet sein, bevor eine Montage an das Brennkammergehäuse erfolgt.In an embodiment variant with a guide element formed from several guide plates, in one embodiment a separate component can be produced as a guide element which integrates several guide plates. For example, additive manufacturing processes or casting processes can be used for this. As an alternative or in addition, the guide plates can be produced with a corresponding profile using a milling process and then soldered together before they are installed on the combustion chamber housing.
Ein Leitelement kann hierbei selbstverständlich auch in einem Brennkammergehäuse gemäß dem ersten vorgeschlagenen Aspekt vorgesehen werden.A guide element can of course also be provided in a combustion chamber housing according to the first proposed aspect.
Grundsätzlich kann das Brennkammergehäuse zur Reduzierung von Ermüdungsanrissen zumindest teilweise aus einer austenitischen Nickel-Basis-Superlegierung bestehen. Ein Beispiel für eine solche austenitische Nickel-Basis-Superlegierung ist beispielsweise ATI 718 (UNS N07718, Werkstoffnummer: 2.4668).In principle, the combustion chamber housing can consist at least partially of an austenitic nickel-based superalloy to reduce fatigue cracks. An example of such an austenitic nickel-based superalloy is, for example, ATI 718 (UNS N07718, material number: 2.4668).
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner auch ein Triebwerk für ein Luftfahrzeug mit einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine, die entlang einer Mittelachse des Triebwerks zwischen dem Verdichter und der Brennkammer angeordnet ist. Das Triebwerk weist ferner eine Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Brennkammergehäuses auf. Der Verdichter, die Turbine und die Brennkammer sind alle drei entlang der Mittelachse hintereinanderliegend angeordnet, wobei für eine in diesem Zusammenhang gewünschte besonders kompakte Bauform des Triebwerks die Turbine zwischen Verdichter und Brennkammer positioniert ist. Ein Mittelteil des Brennkammergehäuses umgibt hier folglich die Brennkammer des Triebwerks zumindest teilweise und ist an dem ersten Ende des Brennkammergehäuses über den ersten Anschlussflansch mit einem Turbinengehäuse für die Turbine des Triebwerks verbunden. Das mindestens eine Schulterstück ist ferner ebenfalls an dem ersten Ende des Brennkammergehäuses über einen bezogen auf die Mittelachse radial zu dem ersten Anschlussflansch versetzt liegenden zweiten Anschlussflansch mit einer Verdichterleitung verbunden, über die eine Verdichterluftströmung aus dem Verdichter des Triebwerks zu der Brennkammer geleitet wird. Eine solche Verdichterleitung (gegebenenfalls auch mehrere Verdichterleitungen) ist bei den hierbei üblicherweise radial außenliegend an der Turbine des Triebwerks vorbei geführt. Die Verdichterluftströmung wird dann über das Brennkammergehäuse wieder radial nach innen zu der Brennkammer geführt, aus der dann die durch Verbrennung entstehenden Abgase zur Beaufschlagung der Turbine entlang der Mittelachse zentral ausströmen.The proposed solution also relates to an engine for an aircraft with a compressor, a combustion chamber and a turbine which is arranged along a central axis of the engine between the compressor and the combustion chamber. The engine also has an embodiment variant of a proposed one Combustion chamber housing on. The compressor, the turbine and the combustion chamber are all three arranged one behind the other along the central axis, the turbine being positioned between the compressor and the combustion chamber for a particularly compact design of the engine desired in this context. A central part of the combustion chamber housing consequently at least partially surrounds the combustion chamber of the engine and is connected at the first end of the combustion chamber housing to a turbine housing for the turbine of the engine via the first connection flange. The at least one shoulder piece is also connected to a compressor line at the first end of the combustion chamber housing via a second connection flange, which is offset radially from the first connection flange with respect to the central axis, and via which a compressor air flow is directed from the compressor of the engine to the combustion chamber. Such a compressor line (possibly also a plurality of compressor lines) is routed past the turbine of the engine, usually radially on the outside, in this case. The compressor air flow is then guided radially inward again via the combustion chamber housing to the combustion chamber, from which the exhaust gases resulting from combustion then flow out centrally along the central axis to act on the turbine.
Die vorgeschlagene Lösung betrifft ferner ein Luftfahrzeug, insbesondere einen Helikopter mit einem ein vorgeschlagenes Brennkammergehäuse aufweisenden Triebwerk.The proposed solution also relates to an aircraft, in particular a helicopter with an engine having a proposed combustion chamber housing.
Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Herstellung eines Brennkammergehäuses für ein Triebwerk eines Luftfahrzeugs vorgeschlagen, bei dem - insoweit übereinstimmend mit dem vorstehend bereits erläuterten ersten Aspekt der vorgeschlagenen Lösung - für einen Ummantelungsabschnitt des Brennkammergehäuses wenigstens ein Walzteil durch Zylinderdrückwalzen einstückig hergestellt wird, das an dem Brennkammergehäuse vollständig um die Mittelachse umläuft.In addition, a method for producing a combustion chamber housing for an aircraft engine is proposed in which - in accordance with the first aspect of the proposed solution already explained above - at least one rolled part is produced in one piece for a cladding section of the combustion chamber housing by cylinder pressure rollers, which is produced in one piece on the combustion chamber housing completely revolves around the central axis.
Insbesondere kann dieses Walzteil durch laserunterstütztes Zylinderdrückwalzen (englisch „laser assisted flow forming“) einstückig hergestellt werden.In particular, this rolled part can be produced in one piece by laser-assisted cylinder pressure rolling (“laser assisted flow forming”).
Eine Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens eignet sich insbesondere für die Herstellung eines vorgeschlagenen Brennkammergehäuses. Vorstehend und nachstehend erläuterte Vorteile und Merkmale von Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Brennkammergehäuses gelten somit auch für Ausführungsvarianten eines vorgeschlagenen Montageverfahrens und umgekehrt.A variant of a proposed production method is particularly suitable for the production of a proposed combustion chamber housing. Advantages and features of design variants of a proposed combustion chamber housing explained above and below therefore also apply to design variants of a proposed assembly method and vice versa.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate possible variants of the proposed solution by way of example.
Hierbei zeigen.
-
1 in Draufsicht eine Ausführungsvariante eines vorgeschlagenen Brennkammergehäuses mit einem zentralen ersten Anschlussflansch für die Verbindung mit einem Turbinengehäuse und zwei außen liegenden zweite Anschlussflansche, die jeweils an einem Schulterstück für die Verbindung mit einer Verdichterleitung vorgesehen sind, unter Darstellung miteinander verschweißter Bauteile, die unterschiedliche Abschnitte des fertig montierten Brennkammergehäuses bilden; -
2 in Draufsicht eine Hälfte des Brennkammergehäuses der1 unter Veranschaulichung eines in einem Lufteinlasskanal eines Schulterstücks vorgesehenen Leitelements für die gezielte Führung einer Verdichterluftströmung innerhalb des Brennkammergehäuses an einem Rücksprung zwischen zwei Anschlussflanschen vorbei; -
3 in perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht ein aus dem Stand der Technik bekanntes Triebwerk mit einem Brennkammergehäuse, das durch ein Brennkammergehäuse gemäß der vorgeschlagenen Lösung und insbesondere einem - Brennkammergehäuse nach einer Ausführungsvariante gemäßden 1 und2 ersetzt werden kann; -
4A-4B in Vorderansicht (4A) und Draufsicht (4B) ein aus dem Stand der Technik bekanntes Brennkammergehäuse.
-
1 in plan view an embodiment of a proposed combustion chamber housing with a central first connection flange for connection to a turbine housing and two external second connection flanges, which are each provided on a shoulder piece for connection to a compressor line, showing components welded to one another, the different sections of the finished assembled combustion chamber housing form; -
2 in plan view one half of the combustion chamber housing of1 illustrating a guide element provided in an air inlet channel of a shoulder piece for the targeted guidance of a compressor air flow within the combustion chamber housing past a recess between two connection flanges; -
3 in a perspective and partially sectioned view an engine known from the prior art with a combustion chamber housing, which is supported by a combustion chamber housing according to the proposed solution and in particular a - combustion chamber housing according to an embodiment according to FIGS1 and2 can be replaced; -
4A-4B in front view (4A) and top view (4B) a combustion chamber housing known from the prior art.
Die
An einem Endabschnitt des Brennkammergehäuses
Ein die Verdichterwelle aufnehmendes Verdichtergehäuse
Wie anhand der
Die zweiten Anschlussflansche
Während in der Praxis der topfförmige Endabschnitt
Im Zuge der vorgeschlagenen Lösung ist nun vorgesehen, bereits den Ursachen für etwaige Anrisse in den einen Rücksprung
In einer Ausführungsvariante der
Beispielsweise ist der Endabschnitt
Das Walzteil
Abweichend zu der Darstellung in der
Die Schulterstücke
Durch die Konfiguration entsprechend der Ausführungsvariante der
Ergänzend oder alternativ kann bei einem vorgeschlagenen Brennkammergehäuse ein Leitelement innerhalb eines Lufteinlasskanals eines Schulterstücks
Das Leitblech
Obwohl ein entsprechendes Leitblech
Mit Blick auf die thermischen Belastungen des Brennkammergehäuses
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- BrennkammergehäuseCombustion chamber housing
- 1010
- MittelteilMiddle part
- 100100
- AnschlussflanschConnection flange
- 1011, 10121011, 1012
- VerbindungsrandConnecting edge
- 10A10A
- UmmantelungsabschnittSheath section
- 10B10B
- Endabschnitt mit topfförmigem SchnittstellenabschnittEnd section with cup-shaped interface section
- 11, 1211, 12
- SchulterstückShoulder piece
- 110, 120110, 120
- AnschlussflanschConnection flange
- 111, 121111, 121
- RücksprungReturn
- 1A1A
- 1. Ende1st end
- 1B1B
- 2. Ende2nd end
- 22
- Leitblech (Leitelement)Baffle
- AA.
- AbgasgehäuseExhaust housing
- BKBK
- BrennkammerCombustion chamber
- DD.
- DiffusorDiffuser
- FF1, FF2, FF3FF1, FF2, FF3
- WalzteilRolled part
- GG
- Getriebetransmission
- H1, H2H1, H2
- HalbschaleHalf shell
- MM.
- MittelachseCentral axis
- P1, P2P1, P2
- VerstärkungslageReinforcement layer
- QuerachseTransverse axis
- SS.
- VerdichterluftströmungCompressor air flow
- S13A, S13B, S23A. S23BS13A, S13B, S23A. S23B
- SchweißnahtabschnittWeld section
- TT
- TriebwerkEngine
- TTTT
- Turbineturbine
- TTGTTG
- TurbinengehäuseTurbine housing
- VV
- Verdichtercompressor
- V1, V2V1, V2
- Verdichteraustrittsrohr (Verdichterleitung)Compressor outlet pipe (compressor line)
- VGVG
- VerdichtergehäuseCompressor housing
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203955.0A DE102020203955A1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Combustion Chamber Housing and Manufacturing Process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203955.0A DE102020203955A1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Combustion Chamber Housing and Manufacturing Process |
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DE102020203955A1 true DE102020203955A1 (en) | 2021-09-30 |
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Family Applications (1)
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DE102020203955.0A Pending DE102020203955A1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Combustion Chamber Housing and Manufacturing Process |
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---|---|
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-
2020
- 2020-03-26 DE DE102020203955.0A patent/DE102020203955A1/en active Pending
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