DE1032033B - Stauluftturbine als Kraftquelle fuer Hilfsapparate bei einem Gasturbinenflugzeug - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Stauluftturbine als Kraftquelle für Hilfsapparate bei einem Gasturbinenflugzeug.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung einer Stauluftturbine, die außer mit Stauluft auch mit Zapfluft aus dem Gasturbinenkompressor betrieben werden kann.

Es ist in der Technik bereits bekannt, die Leit- und Laufschaufeln bei Gasturbinen zur Bildung voneinander unabhängiger Teilturbinen ringartig zu unterteilen und die so gebildeten Teilturbinen mit getrennten Strömungsmitteln zu beaufschlagen. Von dieser Maßnahme wird bei der Erfindung Gebrauch gemacht.

Erfindungsgemäß sind die Leit- und Laufschaufeln der Stauluftturbine in bei Gasturbinen bekannter Weise zwecks Bildung voneinander unabhängiger Teilturbinen derart ringartig unterteilt, daß die Stauluft nur die innere Teilturbine beaufschlagt, während die äußere Teilturbine an eine Zapfluft vom Luftverdidhter der Gasturbine führende Leitung angeschlossen ist.

Mit der Erfindung wird es durch die Verwendung von Zapfluft aus dem Gasturbinenkompressor möglich, eine Stauluftturbine als Kraftquelle für Hilfsapparate in einem Gasturbinenflugzeug selbst dann zu verwenden, wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs nicht ausreicht, um die gesamte für die Hilfsapparate benötigte Leistung aus der verfügbaren Stauluft zu gewinnen. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß eine zuverlässige und äußerst billige Kraftquelle für die Erzeugung der Hilfsleistung geschaffen wird, da die zum inneren Teil der Turbine strömende Stauluft selbst bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten, bei welchen sie keinen nennenswerten Beitrag zur Erzeugung der Hilfskraft leisten kann, dennoch ausreicht, um die Turbinenschaufelfüße wirksam zu kühlen. Dies ermöglicht die Verwendung von Schaufeln und Laufrädern, die aus einem sehr viel billigeren Material bestehen, als normalerweise für eine mittels Zapfluft vom Turbokompressor der Gasturbinen angetriebene Hilfsturbine benötigt wird. Gleichzeitig gewährleistet diese Anordnung, daß der mit Zapfluft vom Kompressor betriebene Teil der Turbine die Stauluftströmung praktisch überhaupt nicht beeinträchtigt, wenn bei höheren Geschwindigkeiten ausschließlich Stauluft zur Erzeugung der Hilfskraft verwendet wird, da der die Stauluft führende Kanal in der Mitte liegt und von dem an die Zapfleitung angeschlossenen äußeren Turbinenteil in keiner Weise behindert wird.

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin ist

Fig. 1 ein sehematischer axialer Schmitt durch eine.

Stauluftturbine

als Kraftquelle für Hilfsapparate
bei einem Gasturbinenflugzeug

Anmelder:

The Plessey Company Ltd.,
Ilford, Essex (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

David Roy Trowbridge, Ilford, Essex,

und Norman Moss, London (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Turbine zum gleichzeitigen Betrieb mittels Stauluft und Zapfluft vom Kompressor der Gasturbine und

Fig. 2 ein Schnitt durch einen Teil eines Flugzeugrumpfes zur Darstellung der Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Turbine und der Zuleitungen.
In Fig. 1 und 2 ist eine Luftturbine dargestellt, welche in einem Flugzeug zur Erzeugung von Leistung für Hilfszwecke bestimmt ist. Die zur Verfügung stehenden Luftquellen für die Turbine sind einerseits ein Zapfluftkanal von dem Hauptkompressor der Gasturbine, welcher über die Leitung / (Fig· 2) mit dem Absperrglied m führt, und andererseits die Stauluft, welche aus dem den Flugzeugrumpf η umgebenden Fahrwind über einen nach vorn gerichteten Einlaßkanal ο mit dem Einlaßsteuerglied/' aufgenommen wird. Mittels der Steuerglieder m und p ist es möglich, je nach Wunsch nur »Zapfluft« oder nur »Stauluft« oder auch beide zusammen in verschiedenen Verhältnissen zu verwenden. In der Praxis werden der Druck und die Temperatur der »Zapfluft« im allgemeinen höher sein als der Druck und die Temperatur der Stauluft.

Die Turbine a, welche eine Last, beispielsweise eine Pumpe oder einen Dynamo r, antreibt, ist in Fig. 1 in größerem Maßstab dargestellt. Sie weist einen Innenring und einen Außenring auf, um jedem Antriebsmittel angepaßt zu sein.

Die Turbine weist ein Turbinenrad α auf, bei welchem zwei getrennte Schaufelringe b und c konzentrisch zur Achse der Turbinenwelle d so angeordnet sind, daß sie in radialer Richtung aneinander-

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stoßen, wobei sie gegeneinander in radialer Richtung durch einen aus dünnem Metall bestehenden koaxialen Zylinder e getrennt sind, welcher eine Trennwand bildet.

Es sind Düsen/ und g vorgesehen, welche den beschriebenen Schaufelringen und der Eigenart und Beschaffenheit der Strömungsmittel angepaßt sind, welche durch diese strömen sollen. Die Düsen sind sa angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Strömungsmittel jeweils auf die Rotorschaufeln der Ringe b bzw. c auftreffen und die Erzeugung nutzbarer Leistung in der Turbine bewirken.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß ein Hauptmerkmal eines wirksamen Betriebs einer Turbine in einem richtigen μ-y-Verhältnis- beruht, wobei μ die Umfangsgeschwindigkeit der Laufschaufeln und ν die Geschwindigkeit des aus den. Düsen kommenden Gasstromes ist. Da die Austrittsgeschwindigkeit ν an den Düsen normalerweise für jedes Strömungsmittel verschieden ist, ist es offensichtlich, daß für jedes Strömungsmittel ein anderer Wert μ erforderlich ist, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Aus diesem Grunde wird das Strömungsmittel mit der niedrigeren Geschwindigkeit, im vorliegenden Beispiel die Stauluft, vom Kanal 0 dem Innenring b zu- as geführt, während das Strömungsmittel hoher Geschwindigkeit, im vorliegenden Beispiel die Zapfluft von dem Kanal I₃ zum Außenring c geleitet wird, wo eine höhere Schaufelgeschwindigkeit besteht. Die Turbine wird somit ganz allgemein hinsichtlich des μ-ü-Verhältnisses beide Strömungsmittel in der günstigsten _Weise ausnutzen.

In der Praxis wird jede Schaufel des Außenrings c in einem Stück mit einer Schaufel des Innenrings b hergestellt, so· daß jede Turbinenschaufel aus zwei (oder mehr) Abschnitten besteht, von welchen jeder entsprechend dem sie durchströmenden gasförmigen Strömungsmittel bemessen ist und von welchen jeder von -dem anstoßenden Abschnitt durch ein angeformtes Trennwandteil getrennt ist. Beim Anbau der Schaufeln an das Turbinenrad vereinigen sich die Trennwandteile und bilden gemeinsam eine vollständige, koaxial angeordnete Trennwand, welche den einen Satz Turbinenschaufeln vom anderen trennt. Erforderlichenfalls können die beiden Gasströme so zugeführt werden, daß sie die Turbine in entgegengesetzter Richtung durchströmen, wodurch sowohl die Belastung der Schaufeln als auch der davon hervorgerufene Druck auf die Turbinenwelle verringert werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenflugzeug mit einem die Brennkammer der Gasturbine speisenden Luftverdichter und mit einer Stauluftturbine als Kraftquelle für Hilfsapparate, dadurch gekennzeichnet, daß Leit- und Laufschaufeln (/_, g, b, c) der Stauluftturbine (a) in bei Gasturbinen bekannter Weise zwecks Bildung voneinander unabhängiger Teilturbinen derart ringartig unterteilt sind, daß die Stauluft nur die innere Teilturbine (J₃ b) beaufschlagt, während die äußere Teilturbine (g, c) an eine Zapfluft vom Luftverdkhter der Gasturbine führende Leitung (J) angeschlossen ist.

2. Flugzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Absperreinrichtung (m) in der Zapfluftleitung (/).

3. Flugzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Absperreinrichtung (p) für den Stauluftkanal (0).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 768 020;
schweizerische Patentschriften Nr. 308991,298625. 484;

britische Patentschrift Nr. 656 930;
USA.-Patentschrift Nr. 2 526 281;
»SAE-Journal«, Bd. 62 (1954), S. 74.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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