DE1209810B

DE1209810B - Abgasleitung fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1209810B
Application number: DER33892A
Authority: DE
Inventors: John Coplin
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1961-11-27
Filing date: 1962-11-15
Publication date: 1966-01-27

Description

Abgasleitung für Gasturbinenstrahltriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine als Diffusor ausgebildete Abgasleitung für Gasturbinenstrahltriebwerke mit einem zentral angeordneten Diffusorkegel, an deren stromabwärtigem Ende eine Schubdüse vorgesehen ist.
Bei derartigen Abgasleitungen ergeben sich Schwierigkeiten infolge des Ablösens der Strömung der aus der Turbine austretenden Abgase sowohl von der Grenzschicht des Diffusorkegels als auch von der inneren Oberfläche der Außenwand der Leitung. Das Abheben der Strömung hat nämlich zur Folge, daß die Strahlgase nicht das gesamte Volumen der Schubdüse ausfüllen, was die Wirksamkeit der Schubdüse beeinträchtigt. Bei einem bekannter. Gasturbinenstrahltriebwerk ist die Wandung des Diffusorkegels mit Löchern versehen, wobei die Gase in die stromunterseitigen Reihen der Löcher eintreten und aus den stromoberseitigen Reihen ausströmen, wodurch die Grenzschicht in der Weise beeinflußt werden soll, daß ein Abreißen verhindert wird. Bei dieser bekannten Anordnung schließt jedoch an den diffusorartigen Ringkanal noch eine lange Schubdüsenanordnung an, welche im Sinne einer Verkürzung der gesamten Baulänge durch die Erfindung vermieden werden soll.
Das Ablösen der Strömung an Diffusorkegel und Außenwand wird erfindungsgemäß bei einer Abgasleitung, die gleichzeitig einen Teil der Schubdüse bildet, dadurch verhindert, daß in dem Ringraum zwischen Diffusorkegel und Außenwand ein sich in Strömungsrichtung verjüngender Kegelstumpfmantel derart angeordnet ist, daß er das Abreißen der Strömung von den Grenzflächen des Diffusorkegels der Außenwand verhindert.
Zweckmäßigerweise wird der Kegelstumpfmantel von radialen Streben getragen, die sich zwischen der Außenwand und dem Diffusorkegel erstrecken.
Die Schubdüse kann in an sich bekannter Weise einen Ringrahmen aufweisen, der mit mehreren Gasablenkschaufeln ausgestattet und gegenüber der Außenwand drehbar ist, so daß die Drehung des Ringrahmens die Richtung beeinflußt, mit der die Abgase die Schubdüse verlassen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Abgasleitung, F i g. 2 einen Schnitt der Abgasleitung in größerem Maßstab.
Das Gasturbinenstrahltriebwerk 10 ist in Strömungsrichtung hintereinander mit einem Verdichter 11, einer Brennkammer 12 und einer Turbine 13 ausgerüstet. Die Turbinenabgase strömen durch eine von einer Außenwand 14 außenseitig begrenzte Leitung an die Außenluft ab. Die den Verdichter 11 und die Turbine 13 tragende Welle 15 wird am stromunterseitigen Ende von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Lager getragen, das in einem innerhalb der Außenwand angeordneten Diffusorkegel 16 angeordnet ist. Dieser Diffusorkegel ist mit der Außenwand 14 über mehrere im Winkelabstand verteilte Streben 17 verbunden, die sich durch die Abgasleitung radial hindurch erstrecken.
Am stromunterseitigen Ende der Außenwand l.4 befindet sich eine Schubdüse 20. Diese besitzt einen ringförmigen Rahmen 21, der gegenüber der Außenwand 14 drehbar ist. Der Rahmen 21 trägt parallel zueinander angeordnete Gasumlenkschaufeln 22, die derart angestellt sind, daß durch Drehen des Ringes 21 die Austrittsrichtung der Schubgase geändert werden kann.
Die Turbinenabgase strömen durch die Abgasleitung 23, die innen durch die Grenzflächen 24 des Diffusorkegels 16 und außen durch die innere Oberfläche 25 der Außenwand 14 begrenzt wird.
Beim Durchströmen der Abgasleitung 23 haben die Turbinenabgase die Neigung, sich von der Grenzfläche 24 abzuheben, da sie diese nicht vollkommen umströmen, und es besteht außerdem die Neigung, von der Grenzfläche 25 der Außenwand abzureißen. Dadurch wird ein Gasring gebildet, der nicht das gesamte Volumen der Schubdüse 20 ausfüllt. Hierdurch wird die Arbeitsweise der Schubdüse beeinträchtigt. Außerdem kann es vorkommen, daß bei unregelmäßigem Abreißen der Strömung die Ablenkschaufeln 22 und der Ringrahmen 21 ungleichförmig und übermäßig belastet werden.
Wenn die Schubdüse größer ausgelegt würde, dann wäre auch der Druckaufbau in der Diffusorleitung 23 größer, und dadurch würden die Gasströmungen von den Grenzflächen 24 und 25 noch leichter abreißen können.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist in dem Ringraum zwischen Diffusorkegel 16 und Außenwand 14 ein sich in Strömungsrichtung verjüngender Kegelstumpfmantel 26 konzentrisch angeordnet. Dieser Kegelstumpfmantel 26 ist mittels der Streben 17 befestigt und bildet eine innere Ringströmungsleitung 28. Durch den Kegelstumpfmantel26 wird es möglich, den Diffusionswinkel der Diffusorleitung 23 weitgehend zu verkleinern, z. B. zu halbieren, wobei dieser Diffusionswinkel der Winkel zwischen den Tangenten an den Grenzflächen 24, 25 in jedem beliebigen Schnitt ist. Durch die Verkleinerung des Diffusionswinkels wird die Vermeidung des Ablösens der Strömung von den Grenzflächen unterstützt.

Claims

Patentansprüche: 1. Als Diffusor ausgebildete Abgasleitung für Gasturbinenstrahltriebwerke mit einem zentral angeordneten Diffusorkegel, an deren stromabwärtigem Ende eine Schubdüse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum zwischen Diffusorkegel (16) und Außenwand (14) ein sich in Strömungsrichtung verjüngender Kegelstumpfmantel (26) derart angeordnet ist, daß er das Abreißen der Strömung von den Grenzflächen (24 bzw. 25) des Diffusorkegels (16) bzw. der Außenwand (14) verhindert.
2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelstumpfmantel (26) in an sich bekannter Weise durch mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete Streben (17) getragen wird, die sich durch den Ringraum zwischen der Außenwand (14) und dem Diffusorkegel (16) erstrecken.
3. Abgasleitung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubdüse (20) in an sich bekannter Weise einen Ringrahmen (21) aufweist, der mit mehreren Gasablenkschaufeln (22) ausgestattet und gegenüber der Außenwand derart drehbar gelagert ist, daß bei Drehung des Rahmens (21) die Richtung der ausströmenden Schubgase geändert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 833 888; deutsche Auslegeschrift Nr. 1107 458; französische Patentschrift Nr. 1231220; USA. Patentschrift Nr. 2 928 235; »Engineering«, 191. Bd., Nr. 4961 (19.5.1961), S. 711; B. Eck, »Technische Strömungslehre«, 5. Aufl., Springer-Verlag Berlin, 1957, S. 196.