DE1235668B

DE1235668B - Gas turbine plant or jet engine

Info

Publication number: DE1235668B
Application number: DE1963H0048331
Authority: DE
Inventors: Christian Hoefer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-02-23
Filing date: 1963-02-23
Publication date: 1967-03-02

Description

Gasturbinen-Anlage bzw. -Strahltriebwerk Die Erfindung richtet sich auf eine Gasturbinen-Anlage bzw. -Strahltriebwerk mit parallelgeschalteter Gleichraum- und Gleichdruckbrennkammer sowie Vorverdichtung der Verbrennungsluft.Gas turbine plant or jet engine The invention is directed on a gas turbine system or jet engine with parallel-connected constant space and constant pressure combustion chamber as well as pre-compression of the combustion air.

Das Prinzip der kontinuierlichen Gleichdruck- und der periodischen Gleichraumverbrennung ist ebenso bekannt wie die Verwendung beider Verfahren bei ein und demselben Triebwerk. Dabei sind die verschiedenen Brennkammern in zwei konzentrischen Kreisen um die Turbinenwelle angeordnet. Der Niederdruckverdichterliefert dieVerbrennungsluft für die Gleichraumbrennkammer, während der Hochdruckverdichter die Gleichdruckbrennkammern mit Verbrennungsluft versorgt. Diese Bauart ist durch Brennkammeranordnung sehr aufwendig und erfordert einen entsprechenden Raum. Bei dieser bekannten Anordnung bleibt jedoch die Frage der Kühlung unerörtert, insbesondere das Problem, daß aus Gründen der Kühlung für Brennkammer und Turbine die mehrfache Menge der erforderlichen Luft den Verdichter und die Turbine durchströmt.The principle of continuous equal pressure and periodic Uniform space combustion is just as well known as the use of both methods one and the same engine. The different combustion chambers are in two concentric ones Arranged in circles around the turbine shaft. The low-pressure compressor supplies the combustion air for the constant space combustion chamber, while the high pressure compressor the constant pressure combustion chambers supplied with combustion air. This type of construction is very special due to the arrangement of the combustion chamber expensive and requires a corresponding space. In this known arrangement however, the question of cooling remains unresolved, in particular the problem that from Reasons of cooling for the combustion chamber and turbine the multiple amount required Air flows through the compressor and the turbine.

Die Erfindung befaßt sich vor allem mit der Ausbildung und Kühlung der Gleichraumbrennkammer und der damit zusammenhängenden Steuerung der verschiedenen Zu- und Ableitungen der einzelnen Ströme. Sie schlägt vor, daß in der Zuleitung der Verdichterluft zur Gleichraumbrennkammer ein Mehrfachkolben angeordnet ist, der die Verbrennungsluftzuleitung zur Gleichraumbrennkammer sowie die Verbrennungsgasableitung von der Gleichraumbrennkammer zur Turbine steuert und der Gleichraumbrennkammer periodisch Kühlluft zufördert sowie entgegen dem Brennkammerdruck unter Vorspannung steht.The invention is primarily concerned with training and cooling the constant space combustion chamber and the related control of the various Incoming and outgoing lines of the individual streams. She suggests that in the lead a multiple piston is arranged between the compressor air and the constant chamber combustion chamber, the combustion air supply line to the constant space combustion chamber and the combustion gas discharge line from the constant space combustion chamber to the turbine and the constant space combustion chamber periodically supplied cooling air and against the combustion chamber pressure under tension stands.

Der Mehrfachkolben übt bezüglich der Verbrennungsluft ausschließlich eine Steuerfunktion aus, und er unterscheidet sich damit wesentlich von den bekannten Freiflug-Kolbenmotoren-Anordnungen, bei denen er einen Teil der Brennkammer bildet.The multiple piston exercises exclusively with regard to the combustion air a control function, and it differs significantly from the known Free flight piston engine arrangements in which it forms part of the combustion chamber.

Darüber hinaus übt er eine Steuerfunktion im Hinblick auf die Kühlluft und die Verbrennungsgase aus. Dabei dient die Kühllluft beim anschließenden Verbrennungsvorgang wieder der Verbrennung, so daß eine eigene Kühlluftführung zum Brenner entbehrlich ist. Die den Mehrfachkolben in Richtung der Brennkammer beaufschlagende Vorspannung kann eine Gasfüllung, eine Feder oder auch beides sein.In addition, it exercises a control function with regard to the cooling air and the combustion gases off. The cooling air is used in the subsequent combustion process again the combustion, so that a separate cooling air duct to the burner is unnecessary is. The preload acting on the multiple pistons in the direction of the combustion chamber can be a gas filling, a spring or both.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere, durch je einen Mehrfachkolben gesteuerte Gleichraumbrennkammern hintereinander geschaltet. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders hoher Wirkungsgrad bei sehr geringem Platzbedarf. Ein anderes Merkmal der Erfindung sieht vor, daß zwischen dem Verdichter und der Gleichraumbrennkammer ein Luftsammler angeordnet ist. Dieser Luftsammler nimmt zweckmäßig einen Teil der vom Hochdruckverdichter gelieferten Verbrennungsluft auf, während ein anderer Teil der Gleichdruckbrennkammer zuströmt.In a further embodiment of the invention, several, each by one Multiple piston controlled combustion chambers connected in series. on this results in a particularly high degree of efficiency with very little space required. Another feature of the invention provides that between the compressor and the An air collector is arranged in the same space combustion chamber. This air collector takes expedient part of the combustion air supplied by the high pressure compressor, while another part of the constant pressure combustion chamber flows into it.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Mehrfachkolben eine die Verdichterluftleitung mit der Gleichraumbrennkammer verbindende Bohrung aufweist.It has proven to be particularly advantageous that the multiple piston a bore connecting the compressor air line with the constant space combustion chamber having.

Schließlich sieht die Erfindung vor, daß die Kühlluft einer Niederdruckstufe entnommen ist.Finally, the invention provides that the cooling air of a low pressure stage is taken.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigt, jeweils schematisch F i g.1 die Anordnung der Brennkammer mit dem Mehrfachkolben in einer ersten Betriebsstellung und F i g. 2 und 3 in zwei weiteren Betriebsstellungen, F i g. 4 die Anordnung im Rahmen eines Zweikreis-Strahltriebwerks bekannter Bauart und F i g. 5 ein Schaltschema für die verschiedenen Aggregate und die verschiedenen Stromführungen. Innerhalb des Gehäuses 1, das an eine Kühlmittelleitung 2 angeschlossen ist, ist die Gleichraumbrennkammer 3 angeordnet, die eine Einspritzdüse 4 für den Brennstoff aufweist. Die Brennkammer 3 ist an eine Kühlluftleitung 5 für die Innenspülung sowie an die Verbrennungsluftzuleitung 6 angeschlossen, und sie steht schließlich mit der Verbrennungsgasableitung 7 in Verbindung. Diese drei Leitungen münden in einen mehrfach unterteilten Zylinderrauen 8, in welchem ein Mehrfachkolben 9 gleitet. Die Luftzuleitungen 5 und 6 sind je mit einem Rückschlagventil 10 bzw. 11 versehen, welches unter der Wirkung des bei der Verbrennung entwickelten Drucks jeweils schließt.Further details emerge from the following description of some preferred embodiments and with reference to the drawing. Here, FIG. 1 schematically shows the arrangement of the combustion chamber with the multiple piston in a first operating position and FIG. 2 and 3 in two further operating positions, FIG. 4 the arrangement in the context of a two-circuit jet engine of known design and FIG. 5 shows a circuit diagram for the various units and the various power lines. Inside the housing 1, which is connected to a coolant line 2 , the constant space combustion chamber 3 is arranged, which has an injection nozzle 4 for the fuel. The combustion chamber 3 is connected to a cooling air line 5 for internal flushing and to the combustion air supply line 6, and it is finally connected to the combustion gas discharge line 7. These three lines open into a multiple subdivided cylinder groove 8 in which a multiple piston 9 slides. The air supply lines 5 and 6 are each provided with a check valve 10 or 11, which closes under the effect of the pressure developed during combustion.

Der Kolben 12 steuert die Ausmündung der Spülluftleitung 5 unmittelbar. Er weist darüber hinaus eine Bohrung 13 auf, die die Verbrennungsluftzuleitung 6 vom Verdichter mit der Brennkammer 3 verbindet. Der Kolben 14 steuert die Gasableitung 7 unmittelbar, und der Kolben 15 dient der Kühlluftförderung durch die Leitung 5 zur Brennkammer 3. Hierzu ist die Leitung 5 über ein Klappventil 16 an den entsprechenden Zylinderraum 17 angeschlossen. Außerdem mündet in den Zylinderraum 17 eine Frischluftzuführleitung 18, der ebenfalls ein Rückschlagventil 19 zugeordnet ist. In der in F i g.1 wiedergegebenen Ansaugstellung des Kolbens 15 kann die Frischluft bei geöffnetem Ventil 19 eintreten. Dagegen ist das Ventil 16 an der Einlaßseite der Kühlluftleitung 5 geschlossen. Bei dem in F i g. 2 wiedergegebenen Fördertakt des Kolbens 15 ist die Ventilstellung umgekehrt.The piston 12 controls the opening of the scavenging air line 5 directly. It also has a bore 13 which connects the combustion air supply line 6 from the compressor to the combustion chamber 3. The piston 14 controls the gas discharge line 7 directly, and the piston 15 is used to convey cooling air through the line 5 to the combustion chamber 3. For this purpose, the line 5 is connected to the corresponding cylinder space 17 via a flap valve 16. In addition, a fresh air supply line 18 opens into the cylinder space 17, to which a check valve 19 is also assigned. In the suction position of the piston 15 shown in FIG. 1, the fresh air can enter when the valve 19 is open. In contrast, the valve 16 on the inlet side of the cooling air line 5 is closed. In the case of the one shown in FIG. 2 reproduced delivery cycle of the piston 15, the valve position is reversed.

An der der Brennkammer 3 entgegengesetzten Seite wirkt auf den Mehrfachkolben 9 eine Vorspannkraft 20, beispielsweise eine Feder und/oder ein Gaspolster od. dgl. Unter der Wirkung des sich bei der Verbrennung in der Brennkammer 3 entwickelnden Drucks wird der Mehrfachkolben 9 in die Stellung nach F i g. 2 zurückgeworfen. Dabei wird die durch die Leitung 18 zuvor angesaugte Frischluft in die Leitung 5 gefördert, wobei jedoch das Ventil 10 so lange geschlossen bleibt, bis der Druck in der Brennkammer 3 durch die Verbrennungsgasableitung 7 so weit abgebaut ist, daß die Kühlluft in die Brennkammer 3 eintreten und diese durchspülen kann. Dieser Kühltakt ergibt sich aus F i g. 3. Da nur eine begrenzte Menge Kühlluft zur Verfügung steht, überwindet die Vorspannkraft 20 den Restdruck auf der Brennkammerseite des Mehrfachkolbens 9 und führt ihn wieder in die Ausgangsstellung (s. F i g.1) zurück.On the side opposite the combustion chamber 3, a biasing force 20, for example a spring and / or a gas cushion or the like, acts on the multiple piston 9 F i g. 2 thrown back. The fresh air previously sucked in through the line 18 is conveyed into the line 5, the valve 10 remaining closed until the pressure in the combustion chamber 3 has been reduced through the combustion gas discharge line 7 to such an extent that the cooling air enters the combustion chamber 3 and can flush them through. This cooling cycle results from FIG. 3. Since only a limited amount of cooling air is available, the pretensioning force 20 overcomes the residual pressure on the combustion chamber side of the multiple piston 9 and returns it to the starting position (see FIG. 1).

Die F i g. 4 zeigt die Anordnung nach den F i g.1 bis 3 im Rahmen eines bekannten Strahltriebwerks, innerhalb dessen Gehäuse 21 auf der Welle 22 der Niederdruckverdichter 23 sitzt. Durch den Kanal 24 strömt die Verdichterluft teils zur Hochdruckverdichterstufe 25, teils durch den Strömungskanal 26 zur Schubdüse 27 mit dem Innenkonus 28. Auf der Welle 22 des Niederdruckverdichters 23 ist der Läufer 29 der Mederdruckturbine angeordnet. Der Hochdruckturbinenläufer 30 steht über die Welle 31 mit der Hochdruckverdichterstufe 25 in Verbindung. Die beiden Verdichter sind in dem gemeinsamen Gehäuse 32 untergebracht, die beiden Turbinen, gegebenenfalls noch mit einer Nutzturbine 33, in dem gemeinsamen Gehäuse 34 (s. F i g. 5). Die Lastabnahmekupplung der Nutzturbine 33 ist bei 35 angedeutet.The F i g. 4 shows the arrangement according to FIGS. 1 to 3 in the context of a known jet engine, within the housing 21 of which the low-pressure compressor 23 is seated on the shaft 22. The compressor air flows through the channel 24 partly to the high pressure compressor stage 25, partly through the flow channel 26 to the thrust nozzle 27 with the inner cone 28. The rotor 29 of the median pressure turbine is arranged on the shaft 22 of the low pressure compressor 23. The high-pressure turbine rotor 30 is connected to the high-pressure compressor stage 25 via the shaft 31. The two compressors are accommodated in the common housing 32, and the two turbines, optionally with a power turbine 33, in the common housing 34 (see FIG. 5). The load take-off coupling of the power turbine 33 is indicated at 35.

Innerhalb des Triebwerkgehäuses 21 ist ein Anlasser 36 untergebracht, der eine Einspritzpumpe 37 antreibt, an die eine Reihe von Einspritzleitungen 38 angeschlossen ist. über die Kupplung 39, zwei Kegelradpaare und die Zwischenwelle 40 besteht eine Antriebsverbindung zur Welle 22.A starter 36 is accommodated within the engine housing 21 and drives an injection pump 37 to which a series of injection lines 38 is connected. There is a drive connection to the shaft 22 via the coupling 39, two pairs of bevel gears and the intermediate shaft 40.

In den Strömungskanal 41 unmittelbar hinter dem Hochdruckverdichter 25 mündet die durch ein Klappventil42 verschließbare öffnung eines Luftsammlers 43, an den die Verbrennungsluftzuleitung 6 (s. F i g. 1 bis 3) angeschlossen ist, die zur Brennkammer 3 führt. Die Frischluftleitung 18 mündet bei 44 in den von der Niederdruckverdichterstufe kommenden Kanal 26 ein, und diese Frischluft wird als Kühlluft durch die Leitung 5 der Brennkammer 3 zugeführt. Die Verbrennungsgasableitung 7 führt, wie F i g. 4 erkennen läßt, zur Hochdruckturbine 30 und zur Niederdruckturbine 29, von wo der Gasstrom zur Schubdüse 27 gelangt.The opening of an air collector 43, which can be closed by a flap valve 42 and to which the combustion air supply line 6 (see FIGS. 1 to 3), which leads to the combustion chamber 3, opens into the flow channel 41 immediately behind the high-pressure compressor 25. The fresh air line 18 opens at 44 into the duct 26 coming from the low-pressure compressor stage, and this fresh air is fed as cooling air through the line 5 to the combustion chamber 3. The combustion gas discharge 7 leads, as shown in FIG. 4 shows, to the high-pressure turbine 30 and to the low-pressure turbine 29, from where the gas flow reaches the thrust nozzle 27.

Der andere Teil der von der Hochdruckstufe 25 stammenden Verdichterluft strömt durch den Kanal 45 und durch die Hohlstützen 46 zu den Gleichdruckbrennkammern 47, die im Kreis um die Schubdüse 27 angeordnet sind und von denen lediglich eine in F i g. 4 wiedergegeben ist. Von der Brennkammer 47 führt eine Verbrennungsgasableitung 48 zur Schubdüse 27. Die Brennstoffzuführung zur Brennkammer 47 ist mit 49, die zur Einspritzpumpe 37 mit 50 bezeichnet.The other part of the compressor air coming from the high pressure stage 25 flows through the channel 45 and through the hollow supports 46 to the constant pressure combustion chambers 47, which are arranged in a circle around the thrust nozzle 27 and of which only one in Fig. 4 is reproduced. A combustion gas discharge leads from the combustion chamber 47 48 to the thrust nozzle 27. The fuel supply to the combustion chamber 47 is with 49, the denoted by 50 for injection pump 37.

In F i g. 4 ist nur eine Anordnung zur Gleichraumverbrennung wiedergegeben. Selbstverständlich können innerhalb des Gehäuses 21 mehrere solcher Brennkammern 3 vorgesehen sein. Ebenso können weitere Einspritzpumpen 37 vorgesehen sein, deren Brennstoffdruckleitungen bei 51 angedeutet sind.In Fig. 4 shows only an arrangement for constant-space combustion. Of course, several such combustion chambers 3 can be provided within the housing 21. Further injection pumps 37 can also be provided, the fuel pressure lines of which are indicated at 51.

Wie die F i g. 5 erkennen läßt, ist zwischen den Hochdruckverdichter 25 und den Luftsammler 43 ein Wärmeaustauscher 52 geschaltet, der andererseits von den Verbrennungsabgasen aus den Brennkammern 3 auf dem Weg zur Hochdruckturbine 30 durchströmt wird. Diese Abgase geben weiter ihre Energie an die Niederdruckturbine 29 und schließlich an die Nutzturbine 30 mit der Lastabnahme 35 ab. Von der Nutzturbine 33 tritt das Abgas über den weiteren Wärmeaustauscher 53 aus.As the F i g. 5 shows is between the high pressure compressor 25 and the air collector 43 connected to a heat exchanger 52, which on the other hand of the combustion exhaust gases from the combustion chambers 3 on the way to the high-pressure turbine 30 is flowed through. These exhaust gases pass on their energy to the low-pressure turbine 29 and finally to the power turbine 30 with the load decrease 35. From the power turbine 33 the exhaust gas exits via the further heat exchanger 53.

Auf der Welle 22 ist ein Zahnrad 54 befestigt, das mit dem Zahnrad 55 kämmt, dessen Welle 56 über die Kupplung 39 die Einspritzpumpe 37 antreibt, so daß sich der Einspritzvorgang in den einzelnen Brennkammern 3 periodisch zum jeweils gewünschten Zeitraum wiederholt.On the shaft 22 a gear 54 is attached to the gear 55 meshes, the shaft 56 of which drives the injection pump 37 via the coupling 39, so that the injection process in the individual combustion chambers 3 periodically to each desired period of time.

Durch die Kupplung 39 wird die Welle 56 nach Beendigung des Anlaßvorgangs an die Welle der Einspritzpumpe 37 gekuppelt.Through the coupling 39, the shaft 56 is after completion of the starting process coupled to the shaft of the injection pump 37.

Claims

Claims: 1. Gas turbine system or jet engine with parallel-connected Constant space and constant pressure combustion chamber, as well as pre-compression of the combustion air, characterized in that in the feed line (6) of the compressor air to the constant space combustion chamber (3) a multiple piston (9) is arranged, which the combustion air supply line to Constant space combustion chamber and the combustion gas discharge line (7) from the constant space combustion chamber controls to the turbine (30, 29) and periodically supplies cooling air to the constant space combustion chamber and is under pretension (20) against the combustion chamber pressure.

2. Appendix after Claim 1, characterized in that several, each through a multiple piston (9) controlled constant space combustion chambers (3) are connected in series.

3. Appendix after Claim 1 or 2, characterized in that between the compressor (25) and an air collector (43) is arranged in the constant space combustion chamber (3).

4th Plant according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the multiple piston (9) a compressor air supply line (6) connecting with the constant space combustion chamber (3) Has bore (13).

5. Plant according to one of claims 1 to 4, with multi-stage Compression, characterized in that the cooling air of a low pressure stage (23) is taken. Considered publications: German Patent Specifications No. 859 240, 768 059; French Patent Nos. 1009 864, 1158 151; British U.S. Patent No. 636,663; Book by Eyermann and Schulz: The gas turbines, their historical ones Development, theory and design, Verlag M. Krayn, Berlin, 1920.