DE1088766B

DE1088766B - Transportable device for the auxiliary operation of starter turbines for aircraft turbine engines

Info

Publication number: DE1088766B
Application number: DEH32145A
Authority: DE
Inventors: David Mark Cockburn
Original assignee: De Havilland Engine Co Ltd
Current assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Priority date: 1957-01-17
Filing date: 1958-01-16
Publication date: 1960-09-08

Description

Transportable Einrichtung zum hilfsweisen Betrieb von .Anlasserturbinen von Flugzeug-Turbinentriebwerken Die Erfindung betrifft eine leicht transportable Einrichtung zum hilfsweisen Betrieb von für Dampf oder Preßluft ausgelegten Anlasserturbinen von Flugzeug-Turbinentriebwerken, bei der das Treibgas durch katalytische Zersetzung von Wasserstoffsuperoxyd erzeugt wird.Transportable device for auxiliary operation of starter turbines of aircraft turbine engines The invention relates to an easily transportable one Device for the auxiliary operation of starter turbines designed for steam or compressed air of aircraft turbine engines, in which the propellant gas is produced by catalytic decomposition is generated by hydrogen peroxide.

Anlasserturbinen von Flugzeug-Turbinentriebwerken sind oft für einen Betrieb mit Dampf oder Preßluft ausgelegt. Diese Antriebsmedien stehen normalerweise am Startplatz des Flugzeuges zur Verfügung. Es kommt jedoch vor, daß Flugzeuge in Notfällen an Orten landen müssen, wo die üblichen Antriebsmedien für die Anlasserturbinen nicht zur Verfügung stehen. Ein Anlassen mittels Pulvertreibsätzen würde die Anlasserturbine zerstören, da die Verbrennungsgase eines Pulvertreibsatzes eine wesentlich höhere Temperatur haben, als die normalerweise verwendeten Antriebsmedien Dampf oder Preßluft. Für solche Fälle, oder auch wenn die übliche Dampf- oder Preßluftversorgung ausfällt, besteht das Bedürfnis nach einem leicht transportablen Anlaßaggregat, das möglichst leicht ist und wenig Raum einnimmt, so daß es beispielsweise mit einem Hubschrauber an den Notlandeplatz gebracht werden kann.Aircraft turbine engine starter turbines are often for one Designed for operation with steam or compressed air. These drive media are usually available available at the take-off point of the aircraft. However, it happens that planes in Emergencies have to land in places where the usual drive media for the starter turbines are not available. Starting with powder propellants would make the starter turbine destroy, since the combustion gases of a powder propellant have a significantly higher level Have temperature than the normally used drive media steam or compressed air. For such cases, or if the usual steam or compressed air supply fails, there is a need for an easily transportable starting unit that is as possible is light and takes up little space, so that it is for example with a helicopter can be brought to the emergency landing site.

Durch die Erfindung soll eine solche Einrichtung zum hilfsweisen Betrieb von für Dampf oder Preßluft ausgelegten Anlasserturbinen angegeben werden. Die Einrichtung gemäß der Erfindung macht dabei von dem bekannten Walter-Verfahren Gebrauch, bei dem ein Treibgas durch katalytische Zersetzung von Wasserstoffsuperoxyd erzeugt wird. Beim sogenannten »heißen Walter-Verfahren« ist es bereits bekannt, die Brennungsgase durch Einspritzen von Wasser auf die gewünschte Temperatur zu kühlen. Beim »kalten Walter-Verfahren« kann man die gewünschte Temperatur der Zersetzungsprodukte am einfachsten dadurch einstellen, daß man von einem Wasserstoffsuperoxyd-Wassergemisch geeigneter Konzentration ausgeht.The invention is intended to provide such a device for auxiliary operation of starter turbines designed for steam or compressed air. The establishment according to the invention makes use of the known Walter method which generates a propellant gas through the catalytic decomposition of hydrogen peroxide will. In the so-called "hot Walter process" it is already known to use the combustion gases to cool to the desired temperature by injecting water. When the »cold Walter process «you can set the desired temperature of the decomposition products at The easiest way to adjust is that one of a hydrogen peroxide-water mixture suitable concentration.

Die Erfindung macht vom »kalten Walter-Verfahren« Gebrauch, daß jedoch in der bekannten Form für den hier interessierenden Anwendungszweck verschiedene Nachteile hat. Arbeitet man nämlich mit konzentriertem Wasserstoffsuperoxyd, was kleine Transportvolumina ergibt, so erhält man Zersetzungsprodukte unbrauchbar hoher Temperatur. Arbeitet man mit verdünntem Wasserstoffsuperoxyd, so wird das Transportvolumen groß. Verdünnt man konzentriertes Wasserstoffsuperoxyd mit an Ort und Stelle verfügbarem Wasser, so besteht die Gefahr, daß der Katalysator verschmutzt und unbrauchbar wird.The invention makes use of the "cold Walter method", but that various in the known form for the application of interest here Has disadvantages. If you work with concentrated hydrogen peroxide, what If small transport volumes result, then one obtains unusually higher decomposition products Temperature. If one works with dilute hydrogen peroxide, the transport volume becomes great. Dilute concentrated hydrogen peroxide with what is available on the spot Water, there is a risk that the catalyst will be contaminated and unusable.

Alle diese Mängel werden durch die Erfindung vermieden. Eine transportable Einrichtung zum hilfsweisen Betrieb von für Dampf oder Preßluft ausgelegten Anlasserturbinen von Flugzeug-Turbinentriebwerken, bei der das Treibgas durch katalytische Zersetzung von Wasserstoffsuperoxyd erzeugt wird, ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine dem Katalysator nachgeschaltete Mischkammer, in der die Temperatur des entstehenden Gasgemisches in an sich bekannter Weise durch Zumischung von Wasser mindestens auf 300° C gekühlt wird.All of these shortcomings are avoided by the invention. A transportable one Device for the auxiliary operation of starter turbines designed for steam or compressed air of aircraft turbine engines, in which the propellant gas is produced by catalytic decomposition generated by hydrogen peroxide is characterized according to the invention by a mixing chamber downstream of the catalyst, in which the temperature of the resulting Gas mixture in a manner known per se by adding water at least 300 ° C is cooled.

Das Transportvolumen wird dadurch klein gehalten, daß man nur höchstkonzentriertes Wasserstoffsuperoxyd zu transportieren braucht, das dann katalytisch zersetzt wird. Die Zersetzungsprodukte hoher Temperatur werden dann durch Zumischung von Wasser auf die für die Anlasserturbinen maximal zulässige Arbeitstemperatur gekühlt. Dabei wird vorzugsweise nur so viel Wasser zugesetzt, daß das entstehende Gemisch noch trocken ist.The transport volume is kept small by only using highly concentrated Needs to transport hydrogen peroxide, which is then catalytically decomposed. The high temperature decomposition products are then mixed with water cooled to the maximum permissible working temperature for the starter turbines. Included is preferably only added so much water that the resulting mixture still is dry.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden; dabei bedeutet Fig. 1 den im Schnitt gehaltenen Aufriß des vorderen Endes eines Flugzeug--Turbinentriebwerkes, das mit einer Anlasserturbine ausgerüstet ist, Fig.2 eine schematische Darstellung einer Gaserzeugungsanlage für die Hilfsturbine und Fig. 3 eine ähnliche Ansicht, wie Fig. 2, die ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Gaserzeugungsanlage zeigt.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing; Fig. 1 is the sectional elevation of the front end of a Aircraft turbine engine equipped with a starter turbine, Fig. 2 a schematic representation of a gas generation system for the auxiliary turbine and FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, which shows another embodiment for shows a gas generating plant.

Die in Fig. 1 dargestellte Turbine besteht aus einem Außenmantel 10 und einem Innenkörper 11, die zwischen sich einen ringförmigen Lufteinlaß 12 bilden. Die durch diesen Einlaß eintretende Luft gelangt in einen Axialkompressor mit einer Reihe von Leitschaufeln 13 und 14 und dazwischenliegenden Laufradschaufeln 15, die von einer Läuferanordnung 16 getragen werden. Die verdichtete Luft gelangt dann in die Brennkammer, wo sie mit Treibstoff verbrannt wird und sich dann durch eine Turbine expandiert, was jedoch keinen Teil der Erfindung darstellt und deshalb nicht näher beschrieben werden soll.The turbine shown in FIG. 1 consists of an outer casing 10 and an inner body 11 which form an annular air inlet 12 therebetween. The air entering through this inlet enters an axial compressor with a Row of guide vanes 13 and 14 and intermediate impeller blades 15, the are carried by a rotor assembly 16. The compressed air then arrives into the combustion chamber, where it is burned with fuel and then through a Turbine expands, but this does not form part of the invention and therefore does not should be described in more detail.

Die Anlasser-Hilfsturbine ist innerhalb des hohlen Innenkörpers 11 angeordnet, sie besteht aus einer einstufigen Turbine mit einem Laufrad 17, das von einer Achse 18 getragen wird, welche über ein zweistufiges epizyklisches Untersetzungsgetriebe 19 und eine Freilaufkupplung 20 mit dem vorderen Ende 21 der Achse des Hauptverdichterrotors verbunden ist. Die Freilaufkupplung enthält eine axial verschiebbare Muffe 22, die mit Klauen 23 versehen ist, die in entsprechende Klauen an der Achse 21 eingreifen können, die Muffe ist mit einem innenliegenden Schraubengewinde hoher Steigung versehen, das mit einem entsprechenden Gewinde auf einem durch das Getriebe 19 angetriebenen Zapfen zusammenwirkt. Die Anordnung ist so, daß beim Anlaufen der Hilfsturbine die Trägheit der Muffe 22 bewirkt, daß diese sich axial verschiebt, bis die Klauen ineinander eingreifen. Wenn sich die Achse 21 des Hauptverdichters dreht und die Drehzahl der Hilfsturbine verringert wird, wird die Muffe 22 selbsttätig in der entgegengesetzten Richtung bewegt, so daß sich die Kupplungsklauen wieder voneinander lösen.The starter auxiliary turbine is inside the hollow inner body 11 arranged, it consists of a single-stage turbine with an impeller 17, the is carried by an axle 18, which via a two-stage epicyclic reduction gear 19 and an overrunning clutch 20 to the front end 21 of the axis of the main compressor rotor connected is. The overrunning clutch includes an axially displaceable sleeve 22 which is provided with claws 23 which engage in corresponding claws on the axle 21 can, the socket is provided with an internal screw thread with a high pitch, that with a corresponding thread on a driven by the gear 19 Cones cooperates. The arrangement is such that when the auxiliary turbine starts up, the Inertia of the sleeve 22 causes it to move axially until the claws interlock intervention. When the axis 21 of the main compressor rotates and the speed of the Auxiliary turbine is reduced, the sleeve 22 is automatically in the opposite Direction moves so that the coupling claws are released from each other again.

Das zum Antrieb der Turbine dienende Gas wird über ein Einlaßrohr 25 in einer hohlen radialen Stütze zwischen dem Außenmantel 10 und dem Innenkörper 11 zugeführt. Die Abgase der Turbine gelangen über die Öffnungen 26 in den Haupteinlaß des Triebwerkes.The gas used to drive the turbine is supplied via an inlet pipe 25 in a hollow radial support between the outer casing 10 and the inner body 11. The exhaust gases from the turbine pass through openings 26 into the main inlet of the engine.

Ein Ausführungsbeispiel eines Gaserzeugungssystems zur Erzeugung des Antriebsmittels für eine derartige Anlaßturbine ist in Fig.2 dargestellt. In zwei getrennten Vorratsbehältern 30 und 31 befinden sich Wasserstoffsuperoxyd und Wasser, parallel zu diesen beiden Behältern ist über ein Reduzierv entil 34 ein dritter Vorratsbehälter mit Preßluft geschaltet. Die Auslaßleitung des Wasserstoffsuperoxy dbehälters 30 ist mit einer an sich bekannten Kataly Batorkolonne 33 verbunden, die dazu dient, die Zersetzung des Wasserstoffsuperoxydes zu beschleunigen, die Kolonne steht ihrerseits wiederum mit einem Mischraum 35 in Verbindung. Diesem Mischraum wird über eine Sprüheinrichtung 36 Wasser zugeführt, das so gebildete Antriebsmittel fließt über eine Verbindungsleitung 37 ab, die mit einer Kupplung 38 versehen ist, welche ein automatisches Schließventil enthält, welches sich schließt, wenn die Kupplung gelöst wird. Von der Kupplung fließt das Antriebsmittel durch eine Leitung 39 zur Turbine. In der Praxis ist das Steckertei140 (im Gegensatz zum Buchsenteil) der Kupplung am Turbinengehäuse 10 angebracht, wie in Fig. 1 dargestellt ist.An embodiment of a gas generating system for generating the Drive means for such a starter turbine is shown in FIG. In two separate storage containers 30 and 31 are hydrogen peroxide and water, parallel to these two containers is a third valve 34 via a reducing valve Reservoir switched with compressed air. The hydrogen peroxy outlet line dbehälters 30 is connected to a known Kataly Batorkolonne 33, which serves to accelerate the decomposition of the hydrogen peroxide The column is in turn connected to a mixing space 35. This mixing room water is supplied via a spray device 36, the drive means thus formed flows off via a connecting line 37, which is provided with a coupling 38, which contains an automatic shut-off valve that closes when the Clutch is released. The drive medium flows from the coupling through a line 39 to the turbine. In practice, the plug part is 140 (in contrast to the socket part) the coupling is attached to the turbine housing 10, as shown in FIG. 1.

Das Triebwerk wird folgendermaßen angelassen: Das Wasserstoffsuperoxyd im Behälter 30 und das Wasser im Behälter 31 werden durch Druckluft aus dem Behälter 32 herausgepreßt. Das Wasserstoffsuperoxyd durchläuft die Katalysatorkolonne 33 und wird zersetzt, die Zersetzungsprodukte treten in den Mischraum 35 ein, in den gleichzeitig Wasser eingesprüht wird. Die Zersetzungsprodukte des Wasserstoffsuperoxydes haben beim Eintreten in den Mischraum eine Temperatur von etwa 650° C, diese Temperatur kann jedoch durch die Zugabe von Wasser in genügender Menge auf etwa 300° C verringert werden, die das Treibmittel hat, wenn es den Mischraum verläßt und durch die Verbindungsleitung in den Einlaß der Hilfsturbine 17 eintritt. Der Druck des Antriebsmittels reicht aus, um die Hilfsturbine auf eine Umdrehungszahl zu bringen, durch die sie über das Untersetzungsgetriebe 19 und die Rotorachse 21 den Triebwerksrotor so weit beschleunigt, daß das Triebwerk von selbst weiterläuft.The engine is started as follows: The hydrogen peroxide in the container 30 and the water in the container 31 are released from the container by compressed air 32 pressed out. The hydrogen peroxide passes through the catalyst column 33 and is decomposed, the decomposition products enter the mixing space 35, in the water is sprayed in at the same time. The decomposition products of hydrogen peroxide have a temperature of about 650 ° C when entering the mixing chamber, this temperature however, it can be reduced to about 300 ° C by adding sufficient water that the propellant has when it leaves the mixing chamber and through the connecting line enters the inlet of the auxiliary turbine 17. The pressure of the drive means is sufficient off to bring the auxiliary turbine to a speed by which it over the reduction gear 19 and the rotor axis 21 accelerate the engine rotor so far, that the engine continues to run by itself.

Es ist ersichtlich, daß bei Anwendung des obenbeschriebenen Verfahrens erheblich weniger Wasserstoffsuperoxyd für eine bestimmte Menge Treibmittel benötigt wird, verglichen mit den bekannten Einrichtungen, bei welchen die Zersetzungsprodukte des Wasserstoffsuperoxydes allein Verwendung fanden.It can be seen that using the method described above considerably less hydrogen peroxide is required for a certain amount of propellant is compared with the known devices in which the decomposition products of hydrogen peroxide found use alone.

Bei dem abgewandelten Gaserzeuger nach Fig.3 sind der Wasserstoffsuperoxydbehälter 42 und der Wasserbehälter 43 jeweils mit eigenen Pumpen 44 und 45 verbunden. Die Flüssigkeiten werden einerseits zu einer Katalysatorkolonne 33 und andererseits zu einem Mischraum 35, wie bei dem vorher beschriebenen Beispiel, gepumpt, sonst sind die beiden Anordnungen gleich.In the modified gas generator according to FIG. 3, the hydrogen peroxide container is used 42 and the water tank 43 are each connected to their own pumps 44 and 45. the Liquids become on the one hand a catalyst column 33 and on the other hand pumped to a mixing space 35, as in the example described above, otherwise the two arrangements are the same.

Es ist ersichtlich, daß die Zersetzungsprodukte von Wasserstoffsuperoxyd auch für Anlasserturbinen Verwendung finden können, die für Niederdruckdampf und nicht für hohe Temperaturen bemessen sind, wenn man die Temperatur nach oben beschriebenen Verfahren herabsetzt.It can be seen that the decomposition products of hydrogen peroxide can also be used for starter turbines for low-pressure steam and Not rated for high temperatures unless you set the temperature as described above Procedure degrades.

Ein weiterer Vorteil bei der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß bei dem beschriebenen Beispiel der Ausstoß der Hilfsturbine 17 in den Hauptlufteinlaß des Triebwerkes vor dem Verdichter und der Brennkammer eintritt, so daß der in den Zersetzungsprodukten des Wasserstoffsuperoxydes enthaltene Sauerstoff in die Brennkammern eintreten und während des Startens die Verbrennung unterstützen kann.Another advantage of the arrangement described is that that in the example described, the output of the auxiliary turbine 17 into the main air inlet of the engine enters before the compressor and the combustion chamber, so that the in the Decomposition products of the oxygen contained in hydrogen peroxide in the combustion chambers can occur and support the combustion during starting.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Transportable device for auxiliary operation of starter turbines of aircraft turbine engines designed for steam or compressed air, in which the propellant gas is generated by the catalytic decomposition of hydrogen peroxide is characterized by a mixing chamber connected downstream of the catalyst (33) (35), in which the temperature of the gas mixture formed in a manner known per se is cooled to at least 300 ° C by adding water.

2. Set up according to Claim 1, characterized by a container (32) which is filled with pressurized gas in a manner known per se, the hydrogen peroxide from their container (30) into the Catalyst (33) and the admixing water from the container (31) into the mixing chamber (35) is promoted (Fig. 2).

3. Device according to claim 1, characterized by the per se known arrangement one each Pump to deliver the Hydrogen peroxide in the catalyst (33) and the admixing water in the mixing chamber (35) (Fig. 3). Considered publications: German Patent No. 897 772,849,043; French Patent No. 1,116,831; VDI magazine, Volume 97 (1955), Pp.65 to 70 and 271 to 277; SAE Journal, July 1951, pp.20/21; “The Marine Engineer and Naval Architect ", Vol. 79 (1956), pp. 310-312.