DE1271463B

DE1271463B - Gas turbine engine

Info

Publication number: DE1271463B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Arthur Bill
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-06-12
Filing date: 1965-06-02
Publication date: 1968-06-27

Description

Gasturbinentriebwerk Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und einer ringförmigen Abgasleitung, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, bei dem die ringförmige Abgasleitung durch einen äußeren Gehäuseteil und einen inneren kegelstumpfförmigen Teil begrenzt ist, dessen stromabwärtiges Ende den Abgasen im Bereich des Nabennachlaufs eine Ringwirbelströmung erteilt.Gas turbine engine The invention relates to a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber, a turbine and an annular exhaust pipe, which are arranged one behind the other in the direction of flow, in which the annular Exhaust pipe through an outer housing part and an inner frustoconical Part is limited, the downstream end of the exhaust gases in the area of the hub wake a vortex flow issued.

Ein solches Triebwerk ist bekannt.Such an engine is known.

Im Bereich der Wirbelströmung baut sich bei solchen Gasturbinentriebwerken ein erhöhter Druck auf. Es ist weiter bekannt, bei Gasturbinentriebwerken Luft vom Verdichter abzuzapfen und diese Luft zwecks Kühlung durch Lager und andere zu kühlende Teile zu führen. Man läßt diese Luft in der Regel nach Besorgung ihrer Kühlfunktion in den Abgasstrom einfließen.In the area of the vortex flow, gas turbine engines of this type build up an increased pressure on. It is also known in gas turbine engines, air from Draw off the compressor and this air for the purpose of cooling by bearings and others to be cooled Parts to lead. As a rule, this air is left after its cooling function has been carried out flow into the exhaust gas flow.

Versucht man dieses Prinzip anzuwenden auf ein Gasturbinentriebwerk der eingangs bezeichneten Bauart, so stößt man auf die Schwierigkeit, daß man die Kühlluft, die unter niedrigem Druck steht, nicht in den Bereich des Abgaswirbels austreten lassen kann, weil dort, wie gesagt, höherer Druck herrscht.If one tries to apply this principle to a gas turbine engine of the type described at the beginning, one encounters the difficulty that one has the Cooling air, which is under low pressure, does not enter the area of the exhaust gas vortex can escape because, as I said, there is higher pressure there.

Um diese Schwierigkeit zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Gebläse vorgesehen, das von einer Stufe des Verdichters abgeführte und zur Kühlung von Triebwerkteilen verwandte Druckluft nach Besorgung der Kühlfunktion in den Ringwirbel drückt.In order to solve this problem, a blower is provided according to the present invention provided, the discharged from a stage of the compressor and for cooling engine parts used compressed air presses into the ring vortex after taking care of the cooling function.

Nach einer besonders einfachen Ausführungsform ist das Gebläse ein umlaufendes Schaufelrad, das die von den gekühlten Teilen kommende Druckluft in die Abgase fördert. Man kann bei dieser besonders einfachen Konstruktion die durch Zentrifugalkraft verdichtete Druckluft von den radial äußeren Enden des Zentrifugalrads abnehmen.According to a particularly simple embodiment, the fan is a revolving paddle wheel that transfers the compressed air coming from the cooled parts into promotes the exhaust gases. With this particularly simple construction, you can go through the Centrifugal force compressed compressed air from the radially outer ends of the centrifugal impeller decrease.

Das Zentrifugalrad kann kraftschlüssig mit der Hauptwelle oder einer der Hauptwellen des Triebwerks verbunden sein, auf der wenigstens ein Teil des Verdichters oder der Turbine sitzt.The centrifugal wheel can be frictionally engaged with the main shaft or a the main shafts of the engine are connected to at least part of the compressor or the turbine is sitting.

Konstruktiv bietet sich die Möglichkeit, das Zentrifugalrad auf ein Rohr zu setzen, das koaxial zu einer Hauptwelle des Triebwerkes und mit dieser Hauptwelle verbunden ist; die Druckluft kann man dann durch dieses Rohr in die Ansaugöffnung des Zentrifugalrads fließen lassen. Das Rohr kann an ein oder mehrere Hauptlager des Triebwerks angeschlossen sein, welche die Hauptwelle oder die Hauptwellen abstützen.Constructively, there is the possibility of using the centrifugal wheel on a To put tube that is coaxial with a main shaft of the engine and with this main shaft connected is; the compressed air can then be fed into the suction opening through this pipe of the centrifugal impeller. The pipe can be attached to one or more main bearings of the engine, which support the main shaft or the main shafts.

Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt dar F i g. 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, eines erfindungsgemäßen Gasturbinentriebwerks, F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt zu F i g. 1. The figures explain the invention. It represents F i g. 1 shows a side view, partially broken away, of a gas turbine engine according to the invention, FIG . 2 shows an enlarged section of FIG. 1.

Ein Gasturbinentriebwerk 10 umfaßt in Strömungsrichtung eine Verdichtungsanlage 11 mit einem Niederdruck-Axialverdichter und einem Hochdruckverdichter, eine Brennkammer 12, eine Turbinenanlage 13 mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckturbine 14, 15 und mit einer Abgasleitung 16. A gas turbine engine 10 comprises, in the direction of flow, a compression system 11 with a low-pressure axial compressor and a high-pressure compressor, a combustion chamber 12, a turbine system 13 with a high-pressure and a low-pressure turbine 14, 15 and with an exhaust line 16.

Die Turbinenscheiben 14, 15 sitzen auf koaxialen Hauptwellen 17 bzw. 18, auf welchen auch der Hochdruck- bzw. Niederdruckverdichter angeordnet ist. Ein Hauptlager 20 stützt die Hauptwelle 17 auf dem Aufbau 21 ab und ein Haupt-Zwischenwellenlager 22 stützt die Hauptwelle 18. The turbine disks 14, 15 sit on coaxial main shafts 17 and 18, on which the high-pressure or low-pressure compressor is also arranged. A main bearing 20 supports the main shaft 17 on the structure 21 and a main intermediate shaft bearing 22 supports the main shaft 18.

Die Abgasleitung 16 umfaßt ein äußeres Gehäuse 23 und ein inneres kegelstumpfförmiges Glied 24, das starr am äußeren Gehäuse durch eine Vielzahl von winkelmäßig versetzten, radial angeordneten Schaufeln 25 angebaut ist. Dieses kegelstumpfförmige Glied 24 hat ein offenes stromabwärtiges Ende 26, in welchem ein ringförmiges, konkaves Wandglied 27 angeordnet ist, welches im Glied 24 eine geschützte Zone 28 bildet. Dieses Glied 27 ist an seinem radial nach außen liegenden Ende durch das Glied 24 und an seinem radial nach innen liegenden Ende durch eine radiale Scheibe 30 abgestützt, die ebenfalls mit dem Glied 24 verbunden ist.The exhaust pipe 16 comprises an outer housing 23 and an inner frustoconical member 24 which is rigidly attached to the outer housing by a plurality of angularly offset, radially arranged blades 25 . This frustoconical member 24 has an open downstream end 26 in which an annular, concave wall member 27 is arranged which forms a protected zone 28 in the member 24. This member 27 is supported at its radially outward end by the member 24 and at its radially inward end by a radial disk 30 which is also connected to the member 24.

In der Mitte der geschützten Zone 28 befindet sich ein Fliehkraftladerad 31 mit axial versetzten Scheiben 32, 33, die durch an der Scheibe 33 befindliche Angässe zusammengebaut sind. Zwischen den Scheiben 32, 33 befinden sich Schaufeln 34 a. In the middle of the protected zone 28 there is a centrifugal supercharger 31 with axially offset disks 32, 33 which are assembled through gates located on the disk 33. Between the disks 32, 33 there are blades 34 a.

Eine Nabe 35 ist an der Scheibe 33 befestigt und erstreckt sich mittig in die geschützte Zone 28. An der Scheibe 32 ist ein Rohr 36 befestigt, und dieses Rohr kommuniziert mit der Ansaugöffnung 37 des Laderads 31. Das Rohr 36 ist antriebsmäßig mit einem ringförmigen Blechteü 40 verbunden, welcher an der Innenfläche der Hauptwelle 18 angebaut ist. Ein weiterer Blechdeckel 41 ist ebenfalls innerhalb der Hauptwelle 18 vorgesehen und bildet mit dem Teil 40 eine radiale Strömungsleitung 42, die mit dem Rohr 36 kommuniziert.A hub 35 is attached to the disc 33 and extends centrally into the protected zone 28. A tube 36 is attached to the disk 32 and this tube communicates with the suction port 37 of the loading wheel 31. The tube 36 is drivingly with an annular sheet metal structure 40 connected, which is attached to the inner surface of the main shaft 18 . Another sheet metal cover 41 is also provided inside the main shaft 18 and, together with the part 40, forms a radial flow line 42 which communicates with the pipe 36.

Radiale Bohrungen 43 in der Hauptwelle 18 kommunizieren mit der Leitung 42 und mit dem Raum 44 zwischen den Hauptwellen 17 und 18. Bohrungen 45 in der Hauptwelle 17 verbinden den Raum 44 mit einer Ringkammer 46 zwischen der äußeren Oberfläche der Welle 17 und einem ringförmigen Blechteil 47. Bohrungen 50 verbinden die Kammer 46 mit einem zwischen der Hauptwelle 17 und dem Aufbau 21 gebildeten Raum 51. Radial bores 43 in the main shaft 18 communicate with the line 42 and with the space 44 between the main shafts 17 and 18. Bores 45 in the main shaft 17 connect the space 44 with an annular chamber 46 between the outer surface of the shaft 17 and an annular sheet metal part 47 Bores 50 connect the chamber 46 with a space 51 formed between the main shaft 17 and the structure 21.

Beim Betrieb strömen die Abgase durch die Ab- gasleitung 16 und in die geschützte Zone 28, wo sie eine durch die Pfeile 52 angedeutete Wirbelströmung hervorrufen. Diese Gase bilden stromabwärts des kegelstumpfförinigen Teils 24 eine Hochdruckzone und stellen dadurch eine wirksame Verlängerung dieses Teils dar, indem sie eine im wesentlichen konische Luftzone schaffen, welche dazu beiträgt, die Abgase beim Ausströmen in die Außenluft zu leiten.In operation, the exhaust gases flow through the exhaust gas line 16, and where they cause a direction indicated by the arrows 52 vortex flow in the protected zone 28. These gases form a high pressure zone downstream of the frustoconical part 24 and thereby constitute an effective extension of this part by creating a substantially conical air zone which helps to guide the exhaust gases as they flow into the outside air.

Die normalerweise durch ein axial angeordnetes Rohr, das sich durch einen mittigen, konischen Aba geleitete Kühl-"asteil erstreckt, an die Außenluft ab., luft kann nicht auf diese Art und Weise entfernt werden, da hier kein solches konisches Glied vorhanden ist, das durch die bereits beschriebene Ausbildung der Luftströmung ersetzt ist.Usually by an axially arranged tube that runs through a central, conical Aba guided cooling "branch part extends to the outside air ab., air cannot be removed in this way, as there is none here conical member is present, which by the training already described Air flow is replaced.

In diesem Fall wird die Kühlluft nach ihrem Einsatz in den durch das Triebwerk strömenden Gasstrom stromabwärts der Stufe eingeblasen, von weI-cher die Kühlluft vom Verdichter abgezapft wurde. Da der Druck des Gasstroms höher ist als der der Kühlluft, muß diese auf einen höheren Druck gebracht werden, als der der Gase an der Stelle, an welcher die Kühlluft in den Gasstrom eingeleitet wird.In this case, the cooling air is passed through the The engine flowing gas stream is blown downstream of the stage, from which the Cooling air has been drawn off from the compressor. Because the pressure of the gas flow is higher than that of the cooling air, it must be brought to a higher pressure than that of the Gases at the point at which the cooling air is introduced into the gas flow.

In der vorliegenden Anordnung strömt die Kühlluft nach ihrem Abzapfen von einer Stufe des Verdichters in den Raum 51 und -über die Bohrungen 50, den Raum 46 und die Bohrungen 45 in den Raum 44, um die Lager 20, 22 zu bestreichen und diese zu kühlen. Von hier strömt die Luft über die Bohrungen 43, die Leitung 42 und das Rohr 36 zur Ansaugöffnung 37 des Laderads 31. Die Luft strömt dann radial durch das Fliehkraftrad 31, wird durch die Schaufeln 34 a beim Umlaufen des Laderads verdichtet, wobei dieses Laderad durch die Hauptwelle 18 des Triebwerks angetrieben wird. Die unter Druck gesetzte Kühlluft verläßt die radial außenliegenden Enden des Laderads 31 und strömt in die Wirbelströmung innerhalb der geschützten Zone 28 ein, vermischt sich mit den Abgasen und wird an die Außenluft abgegeben. Es ist zu ersehen, daß die Kühlluft nicht in den durch die Abgasleitung strömenden Abgasstrom abgeblasen werden muß, sondern auch auf andere Art und Weise abgelassen werden kann. Das Laderad muß nicht unmittelbar durch die Hauptwellen angetrieben werden, sondern kann auch durch ein Zwischengetriebe oder anderweitig betrieben werden. Die Kühlluft kann zum Kühlen jedes Teils des Triebwerks und nicht nur zum Kühlen der Hauptlager verwendet werden.In the present arrangement, after being drawn off, the cooling air flows from one stage of the compressor into the space 51 and via the bores 50, the space 46 and the bores 45 into the space 44 in order to coat the bearings 20, 22 and to cool them . From here the air flows through the bores 43, the line 42 and the pipe 36 to the suction opening 37 of the loading wheel 31. The air then flows radially through the centrifugal motor 31, is compressed by the blades 34 a when the loading wheel revolves, this loading wheel through the main shaft 18 of the engine is driven. The pressurized cooling air leaves the radially outer ends of the charging wheel 31 and flows into the vortex flow within the protected zone 28 , mixes with the exhaust gases and is released into the outside air. It can be seen that the cooling air does not have to be blown off into the exhaust gas stream flowing through the exhaust pipe, but can also be discharged in other ways. The loading wheel does not have to be driven directly by the main shafts, but can also be operated by an intermediate gear or otherwise. The cooling air can be used to cool any part of the engine and not just to cool the main bearings.

Die Erfindung eignet sich gleichermaßen für Triebwerke mit einer und für Triebwerke mit zwei Wellen.The invention is equally suitable for engines with a and for engines with two shafts.

Claims

Patent claims. 1.Gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber, a turbine and an annular exhaust pipe, which are arranged one behind the other in the direction of flow, in which the annular exhaust pipe is delimited by an outer housing part and an inner frustoconical part, the downstream end of which allows the exhaust gases in the area of the hub wake an annular vortex flow issued g e k hen - is characterized by a blower (31) from one stage of the compressor (11) discharged and for the cooling of parts (20 to 22) of the engine (10) used compressed air, after the said parts has cooled, introduces into the vortex flow.

2. Gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the fan has a rotating impeller (31) which promotes the compressed air coming from the cooled parts (20 to 22) into the exhaust gases. 3. Gas turbine engine according to claim 2, characterized in that the fan has a centrifugal wheel (31) and that the compressed air flows from the radially outer ends of the centrifugal wheel into the exhaust gases. 4. Gas turbine engine according to claim 3, characterized in that the centrifugal wheel (31) frictionally with the main shaft or one of the main shafts (17,18) of the engine on which at least part of the compressor or the turbine (11, 13) sits. 5. Gas turbine engine according to claim 4, characterized in that the centrifugal wheel (31) sits on a tube (36) which is coaxially connected to a main shaft (18) of the engine (10) with this main shaft and that the compressed air through this tube in the suction port (37) of the centrifugal wheel (31) flows. 6. gas turbine engine according to claim 5, characterized in that the tube (36) with a main bearing or with main bearings (20, 22) of the engine is in communication, which support the main shaft or the main shafts (17, 18) and that the compressed air before Entrance into the tube flows around the bearing or bearings for the purpose of cooling. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1032 031; USA. Patent Nos. 3 009 317 # 2 914 912.