DE1223622B - Vorrichtung zur Entnahme von Luft aus der Verbrennungsanlage eines Gasturbinen-triebwerkes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02c

Deutsche KL: 46 f-7/03

Nummer: 1223 622

Aktenzeichen: B 776361 a/46 f

Anmeldetag: 11. Juli 1964

Auslegetag: 25. August 1966

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenwerk und richtet sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Entnahme von Luft aus der Verbrennungsanlage. Hierbei geht die Erfindung aus von einem bekannten Gasturbinentriebwerk mit einem Kompressor und wenigstens einer Brennkammer, die innerhalb eines mit dem Kompressor in Verbindung stehenden Kanals angeordnet ist, durch den Luft über die Außenfläche der Brennkammer strömt und dessen ringförmige Außenwand wenigstens einen Auslaß zur Entnahme von Luft aufweist.

Bei diesem bekannten Gasturbinentriebwerk sind die auf einem Kreis angeordneten Brennkammern innerhalb eines mit dem Kompressor in Verbindung stehenden Kanals untergebracht, in den unmittelbar eine Leitung zur Luftentnahme einmündet. Hierbei ist nicht zu vermeiden, daß der Luftdruckabfall an den dem Luftauslaß zunächstgelegenen Brennkammern größer als an den vom Luftauslaß entfernter liegenden Brennkammern ist, was zu gefährlichen ao örtlichen Temperaturanstiegen führen kann.

Es ist ferner ein Gasturbinentriebwerk bekannt, welches ein zwischen dem Kompressor und den Brennkammern angeordnetes ausgedehntes ringför-

Vorrichtung zur Entnahme von Luft aus der Verbrennungsanlage eines Gasturbinentriebwerkes

Anmelder:

Bristol Siddeley Engines Limited, Bristol (Großbritannien) Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt, Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

John Dennis Draper, Bristol (Großbritannien) - -

und der den Luftauslaß aufweisenden Außenwand des die Brennkammer umgebenden Kanals eine sich wenigstens teilweise um die Brennkammer erstrek- - kende Leitwand angeordnet ist, welche Löcher auf-

miges Zwischenteil mit verringertem Durchmesser a_{5 we}i_st, deren Oberflächendichte und/oder -größe sich aufweist, der einen zu den Brennkammern führenden mit dem Umfangsabstand von dem Luftauslaß oder Luftkanal bildet. Dieser Luftkanal ist mit Abstand den -auslassen in aufeinanderfolgenden Sektoren der von einer Außenwand umschlossen, so daß eine Leitwand vergrößert.

Luftentnahmekammer mit einem Luftauslaß gebildet Bei dieser Anordnung könhen bei richtiger Bemes-

lst. Der ringförmige Luftkanal steht über durch Ein- 30 _{sung un}d Anzahl der Öffnungen in der Leitwand wegventile beherrschte Öffnungen mit der Luftsam- keine örtlichen Druckunterschiede und damit auch melkammer in Verbindung. Bei dieser bekannten keine örtlichen Überhitzungen der Brennkammer-Anordnung wird der schon vor den Brennkammern wände auftreten, so daß durch die Erfindung eine abgezweigte Luftstrom nicht zum Kühlen der Brenn- _groß_e bei derartigen Triebwerken bisher vorhandene kammern herangezogen, so daß die mit der Kühlung ₃₅ Gefahr auf^; einfachste Weise beseitigt ist.
der Brennkammern verbundenen Probleme hier gar Nach der Erfindung können innerhalb des Kanals

nicht in Erscheinung treten. mehrere in an sich bekannter Weise auf einem Kreis

Es ist femer, wie schon oben bemerkt, bekannt, die angeordnete Brennkammern Vorgesehen sein, die von Brennkammern auf einem Kreis innerhalb eines ring- der rohrförmig ausgebildeten, einen Abstand zur formigen Luftkanals anzuordnen, wobei jedoch keine 40 Außenwand aufweisenden^ Leitwand umschlossen den Brennkammern entzogene Luftentnahme aus sind. :"'

diesem Kanal erfolgt. Eine bevorzugte Ausführun'gsform des Erfindungs-

Mit der Erfindung soll ein Gasturbinentriebwerk gegenstandes, die weiterhin zur Aufrechterhaltung der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, bei eines gleichmäßigen Druckes in dem die Brennkamdem Vorkehrungen getroffen sind, damit durch die 45 mern umgebenden Kanal beiträgt, sieht vor, daß der Luftentnahme der gleichzeitig zur Kühlung der zwischen der Außenwand und der Leitwand eingeschlossene Raum zusätzlich zu den in der Leitwand vorgesehenen Löchern durch' am vorderen und am hinteren Rand der Leitwand' gebildete ringförmige 50 Luftdurchgangsspalte mit dem zwischen der Leitwand und der Innenwand des Kanals eingeschlossenen Raum verbunden ist.

Brennkammern herangezogenen vom Kompressor abgezweigten Luft keine örtlichen Überhitzungen der Brennkammern durch örtliche Druckunterschiede entstehen können.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung besteht die Erfindung darin, daß zwischen der Brennkammer

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Zweckmäßig sind die in der Leitwand vorgesehenen Löcher in einem Bereich angeordnet, def hinter dem Mittelpunkt des Auslasses bzw. der Auslässe der Außenwand liegt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Löcher in der Leitwand durch Stanzen herzustellen. Dies hat den Vorteil, daß das aus der Mitte der Löcher herausgestanzte Material den Lochrand als Flansch umgibt und dadurch zur Steifigkeit der Leitwand beiträgt.

Es wird mit Bezug auf die Zeichnungen öinfe Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Teilschnitt der Luftentnahmevorrichtung bei einem Gasturbinentriebwerk gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Teilschnitt nach der Linie ΙΙ-Π der Fig.l,

F i g. 3 eine schematische Endansicht im kleineren Maßstab ebenfalls im Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1 der Luftentnahmevorrichtung, welche die Sektoren der Leitwand zur besseren Kennzeichnung derselben veranschaulicht, und

F i g. 4 eine abgewickelte Darstellung der linken Seite der in F i g. 3 gezeigten Leitwand mit den Perforierungen; die Perförierungen in der rechten Seite der Leitwand sind in gleicher Weise angeordnet.

Der abströmseitige Teil der in F i g. 1 gezeigten Luftentnahmevorrichtung ist ein Teil eines Gasturbinentriebwerkes für ein Flugzeug, welehes von dem Kompressor komprimierte Luft empfängt, sie durch Verbrennung von flüssigem oder verdampftem Brennstoff in einer Reihe von acht mit Umfangsabstand angeordneten Brennkammern 3 bis 10 erwärmt, die in einem ringförmigen Luftkanal angeordnet sind, welcher durch die Innen- und Außenwände 11, 12 begrenzt ist. Die aus den Brennkammern austretenden Verbrennungsgase werden über Leitschaüfeln 13 der Turbine zugeführt) welche so angeordnet ist, daß sie den Kompressor antreibt. Die Turbinenlaufschaufeln der ersten Stufe sind durch das Bezügszeichen 14 bezeichnet Die den Kompres*· sor verlassende Luft wird geteilt wobei ein Teil als Primärluft zur Verbrennung in die Brennkammern eintritt und ein Teil an den Seiten der Brennkammern entlangströmt. Von dem letztgenannten Teil tritt wieder ein Teil als Sekundärluft in die Brennkammern ein» z. B, durch die Einlasse 15, während der übrige Teil weiterhin in den Räumen zwischen den Brennkammern und den Innen- und.Außenwänden 11, 12 des Luftgfehäuses strömt

Der Querschnitt der Brennkammern 3 bis 10 geht von einem kreisförmigen an ihren Abschnitten 16 in einen im wesentlichen elliptischen an ihren Abschnitten 17 und schließlich in einen segmentartigfen an ihren abströmseitigen Enden 18 über, um in den Turbineneingahgskanal einzumünden. Aus F i g. 1 ist ersichtlich^ daß infolge der Neipng der Brennkammerwände 59 von der Außenwand 12 fort bei ihrer Annäherung ah den Turbineneingangskanal ein ringförmiger Raum von vergrößerter radialer Abmessung zwischen der Außenwand 12 und den Brennkammerwänden 59 gebildet wird.

Es ist wünschenswert* daß verhältnismäßig große Lufta'engen von der komprimierten Luft abgezweigt werden, z. B. um sie über die Flugzeugklappen zu blasen und den Auftrieb insbesondere während des Startens und Landens zu Erhöhen. Demzufolge ist in der Außenwand 12 im Bereich dels hinteren Endes der Brennkammern ein Auslaß -20 vorgesehen, der in F i g, 1 in Umrißlinien gezeigt und so angeordnet ist, daß er über Kanalleitüügen mit den Ausstoßschlitzen zum Klappenblasen in Verbindung steht. Ein zweiter Auslaß 21 (s. F i g. 3) ist auf der gegenüberliegenden Seite des Lüftkanals als wahlweiser Auslaß vorgesehen, so daß üntspf eckend dem Einbau des Triebwerkes im Flugzeug der passende Auslaß gewählt werden kann. Wenn die Luft, die die Abschnitte Π, 18 der Brennkammern umgibt, unmittelbar durch den Auslaß 20 abgezogen würde, dann würde eine disproportionierte Menge von den örtlichen Zonen, die die benachbarten Kammern 3, 4 umgeben, abgezogen werden, um die Geschwindigkeit der abgezogenen Luft würde einen beträchtlichen Druckabfall um die Kammern 3 und 4 herum und möglicherweise in den benachbarten Kammern hervorrufen. Infolgedessen würden diese Kammern einen unerwünschten Druckunterschied und einer möglichen übermaßigen Erwärmung ausgesetzt sein. Demzufolge ist eine perforierte ringförmige Leitwand 22 vorgesehen, welche die Brennkammern 3 bis 10 umgibt, so daß sie zwischen den Auslässen 20, 21 und benachbarten Teilen der Brennkammern liegt. In diesem Beispiel ist die axiale Ausdehnung der Leitwand 22 derart, daß ihr vorderes Ende etwas vor dem sekundären »· Lufteinlaß 15 liegt, während ihr hinteres Ende kurz vor dem die Turbinenleitschaufeln 13 tragenden Ring 23 endet, um einen kleinen ringförmigen Spalt 24 mit diesem zu bilden. Der vordere Teil der Leitwand 22 ist nach außen geneigt und endet mit kurzem Abstand von der Außenwand 12, um mit dieser einen kleinen ringförmigen Spalt 25 zu bilden. Beide Enden der Leitwand 22 sind zur Verstärkung mit Wulsten 50, 51 versehen, und die Leitwand wird durch eine vordere sowie eine rückwärtige Reihe von mit Um* fangsabstand angeordneten radial-konischen Stützen 26 bzw. 27 von der Außenwand 12 getragen, wobei die Anordnung der rückwärtigen Stützen 27 mit Bezug auf die Vordere Reihe auf Lücke angeordnet und in Fig. 1 in strichpunktierten Linien teilweise gezeigt ist. Die inneren Enden der Stützen 26, 27 sind an örtliche Versteifungsplätten 28, 58 angeschweißt, welche ihrerseits an die Leitwand 22 angeschweißt sind. Die Stützen sind mittels Bolzen 29 an der Außenwand 12 befestigt.

Die Leitwand 22 ist durch Gruppen von Löchern 6Oj 61 und 62 perforiert, so daß die Luft durch die Löcher zu dem in Gebrauch befindlichen Auslaß hin abgenommen werden kann; dieLöcher sind in einem vorbestimmten Muster angeordnet, um sicherzustellen, daß keine örtlich begrenzte Zone außerhalb einer Brennkammer einem Luftentzug zum Auslaß oder zu den Auslässen in gefährlich hohem Maße ausgesetzt ist Es findet ein Luftenfeug durch den ringförmigen Schlife 24 hinter der Leitwand 22 statt, und es erreicht außerdem ein Teil der Luft vom Kompressor den Auslaß 20 durch den ringförmigen Schlifö: 25 an dem vorderen. Ende der Leitwand 22. Vorzugsweise sind die Löcher so angeordnet, daß im wesentlichen gleiche Lufrmengen von den örtlichen Zonen im Bereiche der einzelnen Brennkammern ab' genommen werden.

F i g. 3 zeigt eine Leitwand, die hl zehn Sektoren 40 bis 49 unterteilt ist, von denen die Sektoren 40, 44, 45, 49 einen Winkel von 22V2⁰ einschließen, während der übrige Teil einen Winkel von 45° einschließt Die Senkrechte ist durch eine Linie 30 wie-

dergegeben, auf deren beide Seiten die wahlweise zu benutzenden Auslässe 20, 21 liegen.

In den Sektoren 40, 41, 48, 49 sind keine Löcher vorgesehen, und in den Sektoren 42 und 47 bilden die Löcher 60 der F i g. 4 nur eine kleine perforierte Gesamtfläche. Diese sechs Sektoren liegen am nächsten bei den Auslässen 20 und 21, und daher müssen die Luftzonen, die den Brennkammern 3, 4, 9, 10, die von diesen Sektoren bestrichen werden, örtlich zugeordnet sind, gegenüber der Abzapfwirkung mehr bedeckt werden als die örtlichen Zonen für die anderen Brennkammern, welche weiter von den Auslassen entfernt sind. In dem Sektor 43 oder 46 ist die insgesamt durch die Löcher 61 vorgesehene perforierte Fläche bedeutend größer als diejenige, die durch die Löcher 60 im Sektor 42 oder 47 vorgesehen ist, und übersteigt die zusammengefaßte Fläche desjenigen Sektors der Schlitze 24, 25, welcher sich über den Sektor 43 oder den Sektor 46 erstreckt. Schließlich ist in den verbleibenden zwei Sektoren 44, 45 die zusammengefaßte perforierte Gesamtfläche, die durch die Löcher 62 vorgesehen ist, noch größer als die perforierte Fläche jedes der Sektoren 43 oder 46.

Die Löcher sind nahezu vollständig in dem Teil der Leitwand 22 angeordnet, welcher die rückwärtigen Reihen von Versteifungsplatten 58 einschließt, wobei die Löcher zwischen diesen Versteifungsplatten und somit hinter den Mittelpunkten der wahlweise zu benutzenden Auslässe 20, 21 liegen.

Es ist ersichtlich, daß die Löcher in dem Teil der Leitwand 22 angeordnet sind, welcher sich durch den verhältnismäßig großen radialen Raum gegenüber den abgeflachten oder segmentartigen Endteilen der Brennkammern erstreckt, und dieser Raum bildet vorteilhafterweise eine Sammelkammer, aus der die Luft hauptsächlich abgenommen wird.

In wahlweise möglichen Anordnungen kann die perforierte Fläche geändert werden, indem die Größe und/oder die Anzahl der Löcher verändert wird; die Perforierungen sind größtenteils ausgestanzte Löcher, bei denen sich ein Randflansch bildet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Kompressor und wenigstens einer Brennkammer, die innerhalb eines mit dem Kompressor in Verbindung stehenden Kanals angeordnet ist, durch den Luft über die Außenfläche der Brennkammer strömt und dessen ringförmige Außenwand wenigstens einen Auslaß zur Entnahme von Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkammer (3 bis 10) und der den Luftauslaß (20, 21) aufweisenden Außenwand (12) des die Brennkammer umgebenden Kanals eine sich wenigstens teilweise um die Brennkammer erstreckende Leitwand (22) angeordnet ist, welche Löcher (60, 61, 62) aufweist, deren Oberflächendichte und/oder -größe sich mit dem Umfangsabstand von dem Luftauslaß oder den -auslassen in aufeinanderfolgenden Sektoren der Leitwand vergrößert.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kanals mehrere in an sich bekannter Weise auf einem Kreis angeordnete Brennkammern (3 bis 10) vorgesehen sind, die von der rohrförmig ausgebildeten, einen Abstand zur Außenwand (12) aufweisenden Leitwand (22) umschlossen sind.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Außenwand (12) und der Leitwand (22) eingeschlossene Raum zusätzlich zu den in der Leitwand (22) vorgesehenen Löchern (60, 61, 62) durch am vorderen und am hinteren Rand (50 bzw. 51) der Leitwand gebildete ringförmige Luftdurchgangsspalte (25 bzw. 24) mit dem zwischen der Leitwand (22) und der Innenwand (11) des Kanals eingeschlossenen Raum verbunden ist.

4. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Leitwand (22) vorgesehenen Löcher (60, 61, 62) in einem Bereich angeordnet sind, der hinter dem Mittelpunkt des Auslasses bzw. der Auslässe (20, 21) der Außenwand (12) liegt.

5. Triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Leitwand (22) vorgesehenen Löcher (60, 61, 62) durch Stanzen hergestellt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 806 613;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1109451;
französische Patentschrift Nr. 1361572;
»Luftfahrtechnik«, Heft 4 (August 1955), S. 59.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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