DE1209808B - Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner-Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr - Google Patents

Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner-Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr

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DE1209808B
DE1209808B DER33965A DER0033965A DE1209808B DE 1209808 B DE1209808 B DE 1209808B DE R33965 A DER33965 A DE R33965A DE R0033965 A DER0033965 A DE R0033965A DE 1209808 B DE1209808 B DE 1209808B
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DE
Germany
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lines
engine
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thrust tube
thrust
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Pending
Application number
DER33965A
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English (en)
Inventor
Alec Graham Collins
John Frederick Coplin
Robert Arthur Rice
Gordon Allan Halls
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
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Description

  • Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner-Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner-Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr und mit einer Einrichtung, durch welche Nebenstromluft aus dem Nebenstromkanal mit den durch das Schubrohr strömenden Strahlgasen vermischbar sind, wobei die Mischeinrichtung wenigstens zwei im radialen Abstand zueinander angeordnete Leitungen aufweist, die mit dem Nebenstromkanal und dem Inneren des Schubrohres in Verbindung stehen. Die Abzapfung von Luft aus dem Kompressor hat einen Leistungsabfall des Triebwerkes zur Folge, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Leistungsabfall zu kompensieren.
  • Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Brennstoffeinspritzeinrichtung den Brennstoff derart ausspritzt, daß er in die Nähe des Auslasses einer Leitung, nicht aber in der Nähe des Auslasses der anderen Leitung gelangt und daß die Mischeinrichtung mit einer Ventileinrichtung ausgestattet ist, die derart einstellbar ist, daß die erste Leitung gegenüber der Nebenstromluft abgeschlossen ist, während die andere Leitung offenbleibt und eine Nebenstromluft-Strömung in das Innere des Schubrohres zuläßt.
  • Durch die Absperrung der ersten Leitung wird der Vorteil erzielt, daß eine Stabilisierungszone stromunterseitig des Nachbrenners geschaffen wird, die innerhalb des Schubrohres liegt. Dadurch, daß der Nachbrenner und die blockierte Leitung gleichzeitig benutzt werden, kann eine beträchtliche Schubleistung erzielt werden, und hierdurch kann der Abfall der Leistung kompensiert werden, der durch die Abzapfung von Luft vom Kompressor und gegebenenfalls durch eine Ablenkung der austretenden Strahlgase über Schubumlenkeinrichtungen bedingt ist.
  • Zweckmäßigerweise wird bei einem Triebwerk mit getrenntem Niederdruck- und Hochdruckkompressor die Nebenschlußluft aus dem Hochdruckkompressor abgezweigt.
  • Die :Mischeinrichtung besteht zweckmäßigerweise aus wenigstens zwei konzentrisch angeordneten Ringkanalsystemen, wobei die ersten Leitungen durch die Ventileinrichtung absperrbar sind, während die anderen Leitungen offen sind.
  • Die Leitungen erstrecken sich dabei vorzugsweise in ringförmig konzentrischer Anordnung um die Triebwerksachse herum, und zwar liegen hierbei zweckmäßigerweise die ersten Leitungen und die anderen Leitungen auf konzentrisch angeordneten Kreisen unterschiedlichen Durchmessers. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das nachstehend beschrieben wird. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Zweistromgasturbinenstrahltriebwerks, F i g. 2 in größerem Maßstab das Schubrohr des Gasturbinenstrahltriebwerks gemäß F i g.1 im Längsschnitt, Fi g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß F i g. 2.
  • Das Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk nach F i g. 1 besitzt ein Gehäuse 5, das die Kompressoren und Turbinen umschließt, sowie ein daran anschließendes Schubrohr 11, das in einer Abgasdüse 13 endet. Der Lufteinlaß des Gehäuses 5 ist mit dem Bezugszeichen 5 a bezeichnet. Der ringförmige Nebenschlußkanal 6 (F i g. 2) führt an der Verbrennungseinrichtung und den Turbinenstufen vorbei. Ein Rohr 7 dient zur Entnahme von Luft aus dem Hochdruckkompressor, und zwar z. B. aus der siebenten Stufe dieses Kompressors. Über dieses Rohr kann z. B. Luft den Steuerdüsen des Flugzeuges zugeführt werden. Das Schubrohr 11 schließt mit einem Diffusorabschnitt 10 an das Triebwerksgehäuse 5 an, und am Ende dieses Abschnittes sind seitlich zwei Abzweigleitungen 12 angeordnet, von denen in F i g. 2 nur eine dargestellt ist. Ablenkventile 14, bestehend aus zwei kugelabschnittförmigen Platten 16, sind vorgesehen, um die Schubgase wahlweise über die Abzweigleitungen 12 oder die Abgasdüse 13 austreten zu lassen. Die Platten 16 sind um eine Achse 17 schwenkbar und können von einer ersten Stellung, in der die Abzweigleitungen 12 abgesperrt sind und die Abgase durch die Düse 13 austreten können, in eine zweite, in F i g. 2 strichliert dargestellte Stellung übergeführt werden, in der die Abgasdüse 13 abgesperrt ist und die Luft in die Abzweigleitungen 12 abgelenkt wird. In F i g. 2 ist nur die eine Ventileinrichtung 14 dargestellt, eine zweite Ventileinrichtung gleicher Ausbildung ist in symmetrischer Anordnung für die andere Abzweigleitung vorgesehen.
  • Jede Abzweigleitung 12 weist einen drehbaren Rahmen 18 auf, über den sich eine Vielzahl paralleler Leitschaufeln erstreckt. Die Rahmen können so eingestellt werden, daß die Schaufeln die hindurchströmenden Gase wahlweise nach vorn, nach unten oder nach rückwärts ablenken.
  • Die durch den Nebenschlußkanal 6 strömende Luft tritt in den Diffusorabschnitt 10 über eine Mischanlage ein, die zehn im Winkel zueinander versetzte Leitungen 20 aufweist. Sämtliche Leitungen 20 erstrecken sich schräg nach innen in den Diffusorabschnitt 10, und sie besitzen eingedrückte zusammengefaltete Abschnitte 21, 22, welche jede Leitung 20 in drei radial im Abstand zueinander liegende getrennte Leitungen 23,24 und 25 teilen, deren Auslässe die aus F i g. 3 ersichtliche Gestalt haben und in axialer Richtung gegen das stromunterseitige Ende des Schubrohres 11 gerichtet sind.
  • Wie aus F i g. 3 ersichtlich, liegen die Leitungen 23,24 und 25 auf konzentrischen Kreisen, wobei die Auslässe der mittleren Leitungen 24 so dimensioniert und angeordnet sind, daß sie sich über einen erheblichen Teil des Umfanges, z. B. über 75 % desjenigen Kreises erstrecken, auf dem sie angeordnet sind. Am Auslaß jeder Leitung 24 ist ein Klappenventil 26 schwenkbar um eine radiale Achse 27 angeordnet, mittels welchem die Leitung 24 geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
  • Zum Einspritzen von Nachbrennerbrennstoff in die durch das Strahlrohr strömenden Gase stromoberseitig der Mündung der Leitung 20 ist eine Brennstoffeinspritzeinrichtung 28 vorgesehen, die sich quer durch den Diffusorabschnitt 10 erstreckt und außerhalb des Schubrohres mit einer Brennstoffzuführungsringleitung 29 verbunden ist. Die die Brennstoffeinspritzeinrichtung bildenden Rohre 28 besitzen Düsenöffnungen 30, durch welche der Brennstoff austritt. Je ein Rohr 28 ist für jedes gegenüberliegende Paar von Leitungen 20 vorgesehen, und die Brennstoffdüsen 30 lassen den Brennstoff so austreten, daß dieser unmittelbar in der Nähe des Auslasses der Leitungen 24, nicht aber in der Nähe des Auslasses der anderen Leitungen 23 und 25 ausströmt.
  • Wenn im Betrieb über das Rohr 7 Druckluft vom Hochdruckkompressor abgezapft wird, fällt der Gesamtschub des Triebwerks ab. Wenn die beiden Ventilplatten 16 die Abgasdüse 13 sperren, strömen die Strahlgase durch die Zweigleitungen 12 und durch die ringförmigen Rahmen 18, so daß der Schub des Motors weiter abfällt. Die Luft wird normalerweise durch die Leitung 7 abgelassen, und die Ventilplatten 16 werden normalerweise so betrieben, daß sie beim Start und bei der Landung die Abgasdüse absperren, wobei die erwähnten Schubverluste auf die im folgenden beschriebene Art und Weise überkompensiert werden, um so den Normalschub des Triebwerks zu erhöhen. Einmal werden zu diesem Zweck die Leitungen 24 durch die Klappenventile 26 abgeschlossen, so daß sich der Massenfluß von Luft durch den Hochdruckkompressor vergrößert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, daß die Gesamtfläche der Auslässe der Leitungen 24 18 % der Gesamtfläche der Auslässe der Leitungen 23, 24, 25 ausmacht.
  • Eine Vergrößerung der Gesamtfläche der Auslässe der Leitungen 24 über diesen Wert ist praktisch nicht durchführbar, da dies die Pumpgrenze der Kompressoren auf einen unzulässig kleinen Wert herabsetzen würde.
  • Zweitens wird der Nachbrennerbrennstoff durch die Rohre 28 in das Schubrohr 10 eingespritzt und verbrennt innerhalb der Turbinenabgase. Der Brennstoff verteilt sich dabei nur auf die unmittelbare Umgebung der Auslässe der Leitungen 24, die durch die Klappenventile abgesperrt sind, so daß keine Nebenschlußluft durchtreten kann. Diese, wie aus F i g. 3 ersichtlich, flach ausgebildeten Leitungen dienen hierbei als Verbrennungsstabilisatoren und schaffen unmittelbar stromunterseitig tote Zonen. Die Verbrennung des Nachbrennerbrennstoffs beginnt an den Auslässen der Leitungen 24 in einem im wesentlichen ringförmigen Verbrennungsbereich um die Achse des Strahlrohres, und infolge der radialen Trennung der Auslässe der Leitungen 23, 25 von den Auslässen der Leitungen 24 mischt sich das brennbare Gemisch, bestehend aus Nachbrennerbrennstoff und Turbinenabgasen, nicht mit der verhältnismäßig kühlen Nebenschlußluft, bis die gesamte erwünschte Nachverbrennung in den heißen Turbinenabgasen stattgefunden hat. Ein vorzeitiges Mischen mit der Nebenschlußluft würde nämlich zu einer Verminderung der Nachbrennerleistung führen.
  • Beim Reiseflug wird normalerweise keine Luft über die Leitung 7 abgezapft, und der Nachbrenner ist außer Betrieb. Die Klappenventile 24 befinden sich in Öffnungsstellung, und die Ventilplatten 16 schließen die Zweigleitungen 12 ab und geben die Abgasdüse 13 frei.
  • An Stelle der Brennstoffzuführungsrohre 28, die sich radial bezüglich des Schubrohres erstrecken, könnten auch Brennstoffdüsen in Ringleitungen vorgesehen werden, die konzentrisch im Schubrohr angeordnet sind.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner - Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr und mit einer Einrichtung, durch welche Nebenstromluft aus dem Nebenstromkanal mit den durch das Schubrohr strömenden Strahlgasen vermischbar sind, wobei die Mischeinrichtung wenigstens zwei im radialen Abstand zueinander angeordnete Leitungen aufweist, die mit dem Nebenstromkanal und dem Inneren des Schubrohres in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzeinrichtung (28) den Brennstoff derart ausspritzt, daß er in die Nähe des Auslasses einer Leitung (24), nicht aber in die Nähe des Auslasses der anderen Leitung (23 oder 25) gelangt und daß die Mischeinrichtung (23, 24, 25) mit einer Ventileinrichtung (26) ausgestattet ist, die derart einstellbar ist, daß die erste Leitung (24) gegenüber der Nebenstromluft abgeschlossen ist, während die andere Leitung (23 oder 25) offenbleibt und eine Nebenstromluft-Strömung in das Innere des Schubrohres (11) zuläßt.
  2. 2. Triebwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7) zur Entnahme komprimierter Luft aus dem Triebwerk, während die erste Mischleitung durch die Ventileinrichtung geschlossen ist.
  3. 3. Triebwerk nach Anspruch 2, bei welchem Niederdruckkompressor und Hochdruckkompressor getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zur Entnahme komprimierter Luft aus dem Triebwerk Luft aus dem Hochdruckkompressor empfängt.
  4. 4. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung wenigstens zwei konzentrisch angeordnete Ringkanalanordnungen umfaßt und daß die Leitungen (24) der ersten Kanalanordnung durch die Ventileinrichtung (26) absperrbär sind, während die Leitungen (23 oder 25) der anderen Kanalanordnung offen sind.
  5. 5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitungen (24) der einen Kanalanordnung um einen wesentlichen Teil des Umfanges des Teilkreises erstrecken, auf welchem sie angeordnet sind.
  6. 6. Triebwerk nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung drei konzentrisch angeordnete Ringkanalanordnungen im Abstand zueinander aufweist und daß die Leitungen (24) der mittleren Kanalanordnung durch die Ventileinrichtung (26) absperrbar sind, während die Leitungen (23 und 25) der anderen Kanalanordnung offen sind.
  7. 7. Triebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Drosselklappenventil aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr.1259 348; britische Patentschriften Nr. 871842, 852 829, 627 832, 597 954; USA.- Patentschrift Nr. 2 934 895.
DER33965A 1961-12-27 1962-11-28 Zweistromgasturbinenstrahltriebwerk mit einer Nachbrenner-Brennstoffeinspritzvorrichtung im Schubrohr Pending DE1209808B (de)

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