DE102010010130B4

DE102010010130B4 - Fluggasturbinenantrieb mit Enteisung

Info

Publication number: DE102010010130B4
Application number: DE102010010130.3A
Authority: DE
Inventors: Predrag Todorovic
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: DE102010010130A1

Abstract

Fluggasturbinenantrieb mit einem Kerntriebwerk (1) sowie mit zwei gegenläufigen Druckpropellern (2, 3), wobei aus einem Niederdruckverdichter (4) Zapfluft (5) entnommen und zur Nutzung der Strömungsenergie in Innenräume der Propellernaben (6, 7) eingeleitet wird, wobei die Zapfluft (5) in einen sich in Radialrichtung erstreckenden Kanal (8) des Propellerblatts (2, 3) eingeleitet und durch Ausnehmungen (9) am Vorderkantenbereich (10) des Propellerblatts (2, 3) ausgeleitet wird, wobei die Zapfluft (5) durch zumindest ein Rohr (11) der ersten Propellernabe (6) und durch diese der zweiten Propellernabe (7) zugeführt wird, und wobei eine in Strömungsrichtung vordere Radialwand (12) der vorderen Propellernabe (6) mit Ausnehmungen (13) zur Durchströmung mit der Zapfluft (5) versehen ist, wobei die Ausnehmungen (13) zur Nutzung der Strömungsenergie zum zusätzlichen Antrieb mit Strömungselementen (14) versehen sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fluggasturbinenantrieb mit einem Kerntriebwerk sowie mit zwei gegenläufigen Druckpropellern.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Propellerblätter mit einer Enteisungsvorrichtung versehen sein müssen. Dies kann beispielsweise durch elektrische Beheizung zumindest der Strömungsvorderkanten der einzelnen Propellerblätter erfolgen.
Bei einem Fluggasturbinenantrieb mit gegenläufigen Druckpropellern ist es bekannt, eine selbstinduzierende elektrische Heizung vorzusehen. Hierzu weist jede Propellernabe eine Anordnung von Magnetringen und Wicklungen auf, die als Generator wirken, wenn sich die Nabe und damit die Propellerblätter drehen. Durch den so erzeugten Strom können die Propellerblätter sowie die Nabe elektrisch beheizt werden.
Als nachteilig erweist es sich bei dieser Ausgestaltung, dass eine große Anzahl an Einzelteilen erforderlich ist. Dies wiederum führt zu erheblichen Herstellungs-, Montage- und Wartungskosten und resultiert in einer Gewichtserhöhung. Weiterhin müssen enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden. Auch die Fehleranfälligkeit ist nicht gering. Zudem funktioniert ein derartiges Enteisungssystem nur dann, wenn sich die Propellerblätter bzw. deren Naben ausreichend schnell drehen. Falls sich aus elektrischen Gründen, insbesondere Gründen der elektrischen Kontaktierung des auf die Naben bzw. Propellerblätter zu übertragenden Stromes Ungleichmäßigkeiten ergeben, kann dies zu teilweiser Vereisung der Propellerblätter und damit zu Unwuchten führen.
Aus der FR 971 304 A ist es bekannt, Luft in die Naben von Propellern einzuleiten, wobei die Luft aus dem Abgasstrahl entnommen und den beiden Naben durch unterschiedliche Rohrleitungen zugeleitet wird.
Die DE 38 28 834 C1 zeigt ein Turbotriebwerk mit gegenläufigen Propellern. Ein weiteres Turbotriebwerk mit gegenläufigen Druckpropellern ist aus der WO 2010/128 240 A2 vorbekannt. Zur Enteisung der Propeller wird diesem durch separate Rohrleitungen erwärmte Luft zugeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fluggasturbinenantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine zuverlässige Enteisung der Propellernaben und der Propellerblätter und eine zusätzliche Nutzung der Strömungsenergie von Zapfluft ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Fluggasturbinenantrieb so ausgebildet ist, dass aus einem Niederdruckverdichter Zapfluft entnehmbar ist, welche in Innenräume der Propellernaben einleitbar ist. Die an dem Niederdruckverdichter verfügbare Zapfluft (bleed air) ist mit einem energetisch günstigen Wirkungsgrad nutzbar. Sie weist eine Temperatur von ca. 100°C auf und ist somit zur Enteisung direkt geeignet, ohne dass sie zur Temperaturreduzierung mit Umgebungsluft gemischt werden müsste.
Die Zapfluft wird über einen Kanal oder ein Rohr vom Niederdruckverdichter zu den Propellernaben geleitet.
Die Propellernaben sind bevorzugterweise hohl ausgebildet und weisen einen Innenraum auf, in den die Zapfluft eingeleitet werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Propellernaben direkt zu erwärmen und die Enteisungsfunktion zu ermöglichen.
Die Zapfluft wird anschließend nach Durchströmung oder Einströmung in die Propellernabe in die einzelnen Propellerblätter geleitet. Hierzu weisen diese jeweils einen sich in Radialrichtung erstreckenden Kanal auf. Die Zapfluft strömt in den Kanal und tritt durch Ausnehmungen des Propellerblatts nach außen aus. Diese Ausnehmungen sind bevorzugterweise an der Führungskante des Propellerblatts ausgebildet, so dass die Strömung sowohl die Führungskante erwärmt und enteist, als auch sich bei weiterer Umströmung des Propellerblatts an dessen Oberfläche anlegt und die restliche Wärme abgeben kann.
Eine in Strömungsrichtung gesehen vordere Radialwand der vorderen Propellernabe ist mit Ausnehmungen zur Durchströmung mit der Zapfluft versehen. Durch diese Ausnehmungen wird somit die Zapfluft in den Innenraum der Propellernabe eingeleitet. Die Ausnehmungen sind mit schaufelartigen Strömungselementen versehen (Mikroturbinen), so dass die kinetische Energie der einströmenden Zapfluft, welche durch ein oder mehrere Rohre oder Kanäle von dem Niederdruckverdichter zugeführt wird, zusätzlich zur Drehung der Propellernabe verwendet werden kann. Es ergibt sich somit eine zusätzliche Nutzung der kinetischen Energie zur Steigerung der Antriebsleistung (thrust recovery).
In gleicher Weise kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn die aus der ersten Propellernabe durch deren hintere Radialwand ausströmende Zapfluftströmung in die zweite Propellernabe überführt wird. Auch hierzu sind in den jeweiligen Radialwänden (hintere Radialwand der vorderen Propellernabe und vordere Radialwand der hinteren Propellernabe) jeweils Ausnehmungen vorgesehen, die schaufelartige Strömungselemente aufweisen. Auch hierbei kann die aus der ersten Propellernabe austretende Zapfluft die gegenläufig drehende hintere Propellernabe antreiben und somit die kinetische Energie der Zapfluftströmung nutzen.
An den Radialspalten zwischen den Propellernaben sind jeweils Spalte vorgesehen, welche mit Labyrinthdichtungen zur Umgebung abgedichtet sind. Dies ist Stand der Technik. Durch eine gezielte, gewollte Leckageströmung durch diese Spalte kann Zapfluft nach außen geführt werden. Beim Durchströmen durch die Labyrinthdichtungen wirken die Labyrinthdichtungen als Wärmetauscher, so dass die Außenwandung der Propellernabe erwärmt wird. Die austretende Strömung wird an der Oberfläche der sich drehenden Propellernabe geleitet, so dass auch diese Oberfläche durch die ausströmende Leckageströmung erwärmt wird.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist robust und störungsunanfällig aufgebaut und weist eine reduzierte Teilezahl auf. Hieraus ergeben sich geringere Herstellungskosten sowie ein geringeres Gewicht. Weiterhin ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad, da die kinetische Energie der Zapfluft zum Antrieb der Rotoren verwendet werden kann, während die thermische Energie für die Enteisung vorgesehen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Fluggasturbinenantriebs mit einem Kerntriebwerk und zwei gegenläufigen Druckpropellern,
2 eine vergrößerte Detailansicht des Propellernabenbereichs,
3 eine vereinfachte Schnittansicht längs der Linie A-A von 2,
4 eine perspektivische Teil-Ansicht analog 3,
5 eine Schnittansicht längs der Linie B-B von 2,
6 eine Detailansicht des Details C gemäß 2, und
7 eine Schnittansicht längs der Linie D-D von 2.

Der erfindungsgemäße Fluggasturbinenantrieb umfasst ein Kerntriebwerk 1, welches in üblicher Weise ausgebildet ist (Verdichter, Brennkammer, Turbine). Auf eine detaillierte Beschreibung kann an dieser Stelle verzichtet werden.
Der Fluggasturbinenantrieb umfasst zwei gegenläufige Druckpropeller 2, 3, welche auf einer vorderen Propellernabe 6 und einer hinteren Propellernabe 7 montiert sind und mittels entsprechender Lager drehbar gelagert sind.
Wie in 1 schematisch dargestellt, wird aus einem Niederdruckverdichter 4 Zapfluft 5 (booster bleed air) entnommen. Die Zapfluft 5 strömt durch eines oder mehrere Rohre 11 (siehe 3) zur vorderen Propellernabe 6. Diese weist an ihrer vorderen Radialwand 12 eine Vielzahl von Ausnehmungen 13 auf, die mit Strömungsleitelementen 14 versehen sind. Diese können beispielsweise als Stanz-Biege-Teile in einfacher Weise hergestellt werden. Wie sich aus den 3 und 4 ergibt, führt die eintretende Zapfluftströmung 5 somit zu einer Drehung der Propellernabe.
Wie die 7 zeigt, sind die einzelnen Propellerblätter 2, 3 jeweils mit einem sich in Radialrichtung erstreckenden Kanal 8 versehen. Die Propellerblätter weisen eine Vielzahl von Ausnehmungen 9 auf, welche benachbart zur Führungskante (Vorderkantenbereich 10) angeordnet sind. Es ergibt sich somit eine Erwärmung des Vorderkantenbereichs 10 durch die Zapfluftströmung, so wie dies in den 2 und 7 dargestellt ist.
Bei der Durchströmung der vorderen Propellernabe 6 gelangt die Zapfluft durch Ausnehmungen 13 der hinteren Radialwand 15 zur vorderen Radialwand 16 der hinteren Propellernabe 7 (5). Auch hierbei sind die Ausnehmungen 13 jeweils mit Strömungsleitelementen 14 versehen, um die kinetische Energie zu nutzen.
Die sich zwischen den vorderen und hinteren Radialwänden 12 bzw. 15 und 16 ergebenden Radialspalte 17 sind jeweils mittels Labyrinthdichtungen 18 abgedichtet. Wie die 6 zeigt, erfolgt eine gezielte Leckageströmung durch die Labyrinthdichtungen 18, wodurch sich, da die Labyrinthdichtungen als Wärmetauscher wirken, eine Wärmeübertragung ergibt, die zu einer weiteren Erwärmung der Propellernaben 6 bzw. 7 führt.
Die sich in den Propellernaben befindenden, im Einzelnen nicht dargestellten Struktur- und Lagerelemente für die Propellernaben 6, 7 sowie weitere Bauelemente, beispielsweise ein Getriebe, können zusätzlich isoliert sein, um eine Wärmeübertragung von der Zapfluft auf diese zu verringern oder zu unterbinden.
Bezugszeichenliste

1: Kerntriebwerk
2: Druckpropeller
3: Druckpropeller
4: Niederdruckverdichter
5: Zapfluft
6: Propellernabe
7: Propellernabe
8: Kanal
9: Ausnehmung
10: Vorderkantenbereich
11: Rohr
12: vordere Radialwand
13: Ausnehmung
14: Strömungsleitelement
15: hintere Radialwand
16: vordere Radialwand
17: Radialspalt
18: Labyrinthdichtung

Claims

Fluggasturbinenantrieb mit einem Kerntriebwerk (1) sowie mit zwei gegenläufigen Druckpropellern (2, 3), wobei aus einem Niederdruckverdichter (4) Zapfluft (5) entnommen und zur Nutzung der Strömungsenergie in Innenräume der Propellernaben (6, 7) eingeleitet wird, wobei die Zapfluft (5) in einen sich in Radialrichtung erstreckenden Kanal (8) des Propellerblatts (2, 3) eingeleitet und durch Ausnehmungen (9) am Vorderkantenbereich (10) des Propellerblatts (2, 3) ausgeleitet wird, wobei die Zapfluft (5) durch zumindest ein Rohr (11) der ersten Propellernabe (6) und durch diese der zweiten Propellernabe (7) zugeführt wird, und wobei eine in Strömungsrichtung vordere Radialwand (12) der vorderen Propellernabe (6) mit Ausnehmungen (13) zur Durchströmung mit der Zapfluft (5) versehen ist, wobei die Ausnehmungen (13) zur Nutzung der Strömungsenergie zum zusätzlichen Antrieb mit Strömungselementen (14) versehen sind.
Fluggasturbinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine hintere Radialwand (15) der vorderen Propellernabe (6) und eine vordere Radialwand (16) der hinteren Propellernabe (7) jeweils mit Ausnehmungen (13) zur Durchströmung mit der Zapfluft (5) versehen sind, wobei die Ausnehmungen (13) mit Strömungselementen (14) versehen sind.
Fluggasturbinenantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Zapfluft (5) durch Radialspalte (17) angrenzend an vordere (12, 16) und hintere (15) Radialwände der Propellernaben (6, 7) ausgeleitet wird.
Fluggasturbinenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialspalt (17) mit zumindest einer Labyrinthdichtung (18) versehen ist.