DE102011106961A1

DE102011106961A1 - Fluggasturbinentriebwerk mit Kühlelementen am Kerntriebwerksgehäuse

Info

Publication number: DE102011106961A1
Application number: DE102011106961A
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: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk 10, welches von einem Nebenstromkanal 29 umgeben ist, welcher radial innen von einem Kerntriebwerksgehäuse 21 begrenzt wird, durch welches eine Teilströmung 30 aus dem Nebenstromkanal 29 zur Kühlung des Kerntriebwerks 10 radial nach Innen geleitet wird, wobei die Teilströmung 30 durch zumindest einen Ringbereich 31 abgeleitet wird, in welchem zumindest ein Strömungsleitelemente 32 angeordnet ist, wobei das Strömungsleitelement als Kühlerelement ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk, welches von einem Nebenstromkanal umgeben ist. Eine Teilströmung der den Nebenstromkanal durchströmenden Luft wird in den inneren Bereich des Kerntriebwerks geleitet, um dieses zu kühlen, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, im Bereich des Nebenstromkanals Ölkühler, Wärmetauscher oder Kühlerelemente (diese Begriffe werden nachfolgend als gleichwertig betrachtet) anzuordnen. Derartige Kühlerelemente benötigen einen relativ großen Einbauraum, führen zu erhöhtem Gesamtgewicht, beeinträchtigen die Durchströmung des Nebenstromkanals und erschweren die Zugänglichkeit zu dem Kerntriebwerk bzw. zu Komponenten des Kerntriebwerks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluggasturbinentriebwerk zu schaffen, bei welchem eine effiziente Kühlung durch Kühlerelemente unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik gewährleistet ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Strömungsleitelemente, welche dazu vorgesehen sind, eine Teilströmung aus dem Nebenstromkanal zur Kühlung des Kerntriebwerks radial nach innen umzulenken, als Kühlerelemente ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine sehr effektive und platzsparende Anordnung eines Kühlerelements, da die aus dem Stand der Technik bekannten, bereits vorhandenen Strömungsleitelemente als Kühlerelement verwendet werden. Es ergibt sich somit der Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, so dass die axiale Länge der Fluggasturbine nicht vergrößert werden muss, um, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zusätzlichen Platz für Kühlerelemente, Ölkühler oder Wärmetauscher, zu schaffen.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, dass die Kühlerelemente, welche als Strömungsleitelemente ausgebildet sind, ringartig in Umfangsrichtung vorgesehen sein können. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, eine größtmögliche Wärmeübergangsfläche vorzusehen. Weiterhin ist durch die Ableitung der Teilströmung aus dem Nebenstromkanal sichergestellt, dass die Kühlerelemente unter allen Betriebsbedingungen ausreichend umströmt werden, um den Wärmeübergang sicherzustellen.
Erfindungsgemäß können die Kühlerelemente als Oberflächenkühler und/oder als Matrixkühler ausgebildet sein. Bei dem Oberflächenkühler erfolgt der Wärmeübergang an der Oberfläche des Kühlerelements selbst, während bei einem Matrixkühler eine Vielzahl von zusätzlichen Kanälen vorgesehen ist, um das Kühlerelement selbst zusätzlich zu durchströmen.
Erfindungsgemäß können in Axialrichtung mehrere Kühlerelemente in Form von Strömungsleitelementen angeordnet sein, wobei die Dimensionierung und Ausgestaltung der einzelnen Kühlerelemente an die jeweils vorliegenden baulichen Gegebenheiten angepasst werden können.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlerelemente am abströmseitigen Endbereich von Statorschaufeln des Nebenstromkanals angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine effektive Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums.
Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet somit die Nachteile des Standes der Technik. Es sind keine zusätzlichen Bauelemente vorzusehen, durch welche die axiale Baugröße vergrößert würde. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Kühlerelemente so angeordnet, dass sie den Zugang zu den Komponenten des Kerntriebwerks nicht stören oder beeinträchtigen. Es ergibt sich eine gute Strömungsführung, so dass die Durchströmung des Nebenstromkanals ebenso wenig behindert wird, wie die Ableitung einer Teilströmung in den Innenbereich des Kerntriebwerks. Auch die Anordnung von Anschlussleitungen oder Ähnlichem zur Zuführung bzw. Ableitung des zu kühlenden Fluids kann in einfacher Weise vom Innenraum des Kerntriebwerksgehäuses aus erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine perspektivische Seitenansicht, ähnlich 1, mit Darstellung der Einbaulage der erfindungsgemäßen Kühlelemente, und
3 eine vergrößerte Teilansicht des in 2 gezeigten Bereichs A.
Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.
Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
Weiterhin zeigen die 1 und 2 einen Nebenstromkanal 29, durch welchen die von dem Fan 12 geförderte Luftmenge strömt.
Wie in den 1 und 3 dargestellt, wird eine Teilströmung 30 aus einer Nebenstromkanalströmung 34 abgeleitet und in den Innenbereich des Gehäuses des Kerntriebwerks 10 eingeleitet. Die Teilströmung 30 wird in einem Ringbereich 31 von Strömungsleitelementen 32 umgeleitet. Diese Strömungsleitelemente 32 sind erfindungsgemäß als Kühlerelemente ausgebildet. Diese können als Oberflächenkühler und/oder als Matrixkühler ausgebildet sein. Der Ringbereich 31 erstreckt sich im Wesentlichen um den gesamten Umfang, so dass auch die Strömungsleitelemente 32 im Wesentlichen über den gesamten Umfang vorgesehen sind.
Auf die Darstellung von Kühlmittelkanälen innerhalb der Strömungsleitelemente 32 wurde aus Gründen der Einfachheit ebenso verzichtet, wie auf die Darstellung der Anschlüsse oder Ähnliches.
Bezugszeichenliste

1: Triebwerksachse
10: Gasturbinentriebwerk/Kerntriebwerk
11: Lufteinlass
12: im Gehäuse umlaufender Fan
13: Zwischendruckkompressor
14: Hochdruckkompressor
15: Brennkammern
16: Hochdruckturbine
17: Zwischendruckturbine
18: Niederdruckturbine
19: Abgasdüse
20: Leitschaufeln
21: Triebwerksgehäuse
22: Kompressorlaufschaufeln
23: Leitschaufeln
24: Turbinenschaufeln
26: Kompressortrommel oder -scheibe
27: Turbinenrotornabe
28: Auslasskonus
29: Nebenstromkanal
30: Teilströmung
31: Ringbereich
32: Strömungsleitelement/Kühlerelement
33: Statorschaufel
34: Nebenstromkanalströmung

Claims

Fluggasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk (10), welches von einem Nebenstromkanal (29) umgeben ist, welcher radial innen von einem Kerntriebwerksgehäuse (21) begrenzt wird, durch welches eine Teilströmung (30) aus dem Nebenstromkanal (29) zur Kühlung des Kerntriebwerks (10) radial nach Innen geleitet wird, wobei die Teilströmung (30) durch zumindest einen Ringbereich (31) abgeleitet wird, in welchem zumindest ein Strömungsleitelement (32) angeordnet ist, wobei das Strömungsleitelement als Kühlerelement ausgebildet ist.
Fluggasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kühlerelement (32) ringartig in Umfangsrichtung erstreckt.
Fluggasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerelement (32) als Oberflächenkühler und/oder als Matrixkühler ausgebildet ist.
Fluggasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung mehrere Kühlerelemente (32) angeordnet sind.
Fluggasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerelemente (32) am abströmseitigen Endbereich von Statorschaufeln (33) des Nebenstromkanals (29) angeordnet sind.