DE102011015703A1

DE102011015703A1 - Integration eines Zwischenkühlers beim Verdichtungsprozess thermischer Turbomaschinen, speziell bei Turbofantriebwerken

Info

Publication number: DE102011015703A1
Application number: DE102011015703A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Zur Verbesserung des Kreisprozesses wird insbesonders bei Turbofantriebwerken zwischen Niederdruckverdichter und Hochdruckverdichter ein Zwischenkühler angedacht. Durch eine Zwischenkühlung wird ebenfalls die technische Arbeit, die für eine vorgegebene Verdichtung aufzuwenden ist, verringert. Es soll eine möglichst geringe Gewichtserhöhung beim Triebwerk vorhanden sein. Eine nur minimale erhöhung der Anzahl der Bauteile im Triebwerk ist erstrebenswert. Die Zwischenkühlung ermöglicht ebenfalls eine bessere Umweltverträglichkeit. Eine bessere Position mit Blick auf zukünftige gesetzgeberische Umweltauflagen ist zu beachten. Nach dem durchströmen des Niederdruckverdichters (4) und/oder Mitteldruckverdichter (9) wird die verdichtete Luft in die im Bypasskanal liegenden Fanstatoren (7) geleitet. Diese sind innen hohl und bestehen aus hochwärmeleitendem Material. Die Fanstatoren werden von der erhitzten Luft nach aussen richtung Fangehäuse (1) durchströmt. Dort wird sie, bereits durch die vom Fan erzeugte Luftströmung abgekühlt, umgelenkt und strömt durch einen anderen oder den gleichen Fanstator (7) wieder in das Triebwerk zurück. Hierbei wird sie weiter abgekühlt. Im Triebwerk wird die abgekühlte Luft in richtung Hochdruckverdichter (5) umgeleitet und dort weiter verdichtet. Durch Grössen- und Anzahländerung kann die gewünschte abkühlung erreicht werden. Mit einer variablen Anordnung der Strömungskanäle im Fanstator kann die Kühlwirkung ebenfalls angepasst werden. Mit den bereits vorhandenen Fanstatoren werden bereits im Triebwerk vorhandene Teile genutzt was zu einem vergleichsweise minimalem Entwicklungsaufwand und geringer Gewichtserhöhung führt. Speziell bei Turbofantriebwerken kann durch einen vergleichsweise minimalen Aufwand und die Nutzung der zum Teil bereits vorhandenen Bauteile im Triebwerk eine verbesserung des Kreisprozesses und die minimierung technischer Arbeit erreicht werden.

Description

Bei thermischen Turbomaschinen, speziell bei Turbofantriebwerken in der Luftfahrt wird in Zukunft eine verringerung des Verbrauchs um 20% bis 25% und eine verrringerung des Gewichts erwartet. Der thermische Kreisprozess soll weiter verbessert werden. Dies soll auch mit einer verringerrung des Gewichts von Einzelkomponenten einhergehen. Siehe hierzu Buch „Flugzeugtriebwerke" von Willy J. G. Bräunling, 3. Auflage, Springer Verlag, Seite 532.
Die Integration eines Zwischenkühlers soll möglichst ohne grossen technischen Aufwand möglich sein. Ebenso ist eine Erhöhung des Triebwerksgesichts zu vermeiden. Der Entwicklungsaufwand ist gering zu halten. Die durch den Kühler strömende Kühlluft soll einen möglichst geringen Widerstand erfahren um die Effizienz des Triebwerks und der Kühlung der verdichteten und dabei erhitzten Luft nicht zu verschlechtern.
Durch die Integration des Zwischenkühlers im Nebenstrom des Triebwerks wie in Patentanspruch 1 beschrieben, werden bereits vorhandene Bauteile genutzt um eine Verbesserung des Kreisprozesses zu erreichen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der Nutzung bereits vorhandener Bauteile und der einfachen Integration in ein Triebwerk. Es fallen keine umständlich anzufertigende Rohrleitungen an. Auch mögliche Undichtigkeiten an den Verbindungsstellen von Leitungen sind nicht vorhanden. Die Erhöhung des Triebwerksgewichts ist nur gering. Durch die gekühlte Luft wird ein geringerer Arbeitsaufwand eines weiteren Verdichtungsprozesses erreicht was ebenso zu leichteren weiteren Komponenten führt. Eine weitere Verbesserung des Kreisprozesses ist in Patentanspruch 2 aufgeführt. Hierbei wird die gesamte Länge des Fanstators genutzt und so die vorverdichtete Luft noch weiter abgekühlt. Ein Ausführungsbeispiel ist in 1 dargeestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Luft strömt am Lufteintritt (8) an der Triebwerksnase (3) vorbei durch den Fan (2). Nachdem die Luft den Niederdruckverdichter (4) durchströmt hat, strömt die vorverdichtete und dabei erhitzte Luft noch durch einen eventuell vorhandenen Mitteldruckverdichter (9) um dort noch weiter verdichtet und dabei auch erhitzt zu werden. Nach diesem Verdichtungsprozess wird die Luft in einen im Nebenstrom des Turbofantriebwerks angebrachten Fanstator (7) geleitet. Dieser ist innen hohl und besteht aus einem wärmeleitendem. Material um einen besseren Wärmeaustausch und damit Kühlung der Verdichterluft zu verbessern was direkt zu einer steigerung des Kreisprozesses im Triebwerk führt.
Nachdem dieser Fanstator (7) durchströmt wurde, wird die Verdichterluft im Fangehäuse (1) umgeleitet und durchströmt den gleichen Fanstator (7) zurück ins Triebwerk. Durch eine mögliche und 1 dargestellte zweigeteilte Ausführung im innern des Fanstators kann dieser zweimal durchströmt werden was zu einer weiteren Kühlung der Verdichterluft führt. Nach dem durchströmen des Fanstators strömt die Verdichterluft zurück ins Triebwerk und in den Hochdruckverdichter (5). Dort wird die Luftweiter verdichtet und strömt in richtung Brennkammer (6).
Bezugszeichenliste

1: Fangehäuse
2: Fan
3: Triebwerksnase
4: Niederdruckverdichter
5: Hochdruckverdichter
6: richtung Brennkammer
7: Fanstator
8: Lufteintritt
9: Mitteldruckverdichter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Flugzeugtriebwerke” von Willy J. G. Bräunling, 3. Auflage, Springer Verlag, Seite 532 [0001]

Claims

Integration eines Zwischenkühlers beim Verdichtungsprozess thermischer Turbomaschinen; speziell bei Turbofantriebwerken, dadurch gekennzeichnet, dass die bereits vorverdichtete Luft durch im Nebenstrom angebrachte Fanstatoren geleitet wird um dort durch die vom Fan erzeugte Luftströmung abgekühlt zu werden um anschliessend wieder durch diese ins Triebwerk zurückgeleitet zu werden.
Integration eines Zwischenkühlers nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bereits vorverdichtete Luft durch im Nebenstrom angebrachten Fanstatoren geleitet wird um dort durch die vom Fan erzeugten Luftstrom gekühlt zu werden und weiter in das Fangehäuse weiterströmt um dort umgelenkt zu werden und wieder durch die Fanstatoren in das Triebwerk zurückströmt.