DE1476854A1 - Gas turbine engine - Google Patents

Gas turbine engine

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DE1476854A1
DE1476854A1 DE19661476854 DE1476854A DE1476854A1 DE 1476854 A1 DE1476854 A1 DE 1476854A1 DE 19661476854 DE19661476854 DE 19661476854 DE 1476854 A DE1476854 A DE 1476854A DE 1476854 A1 DE1476854 A1 DE 1476854A1
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Germany
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turbine
cold
generator
hot
gas turbine
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DE19661476854
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German (de)
Inventor
White Peter Charles Harford
Cronbach Peter Linton
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Plessey Co Ltd
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Plessey Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/32Arrangement, mounting, or driving, of auxiliaries
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

Description

Gasturbinentriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke,, und es ist Aufgabe der Erfindung, ein solchen Triebwerk mit einem zuverlässigen elektrischen Generator zu kombinieren. Gemäss der Erfindung ist ein Gasturbinentriebwerk mit einem thermoelektrisohen Generator kombiniert, dessen heisse Verbindungsstelle oder dessen heisse Verbindungsstellen durch die heissen Abgase der Gasturbine erhitzt werden, wohingegen die Wärme von der kalten VerbindungBstelle oder den kalten Verbindungsstellen an einen Luftstrom abgegeben wird, der bei Nebenweggasturbinen aus der Nebenwegluft besteht und bei Gasturbinen, die keinen Nebenweg haben, aus einem Luftstrom bestehen kann, den man aus einer Anmapfung des Kompressors der Turbine erhält.Gas turbine engine The invention relates to gas turbine engines, and it is the object of the invention to provide such an engine with a reliable combine electric generator. According to the invention is a gas turbine engine combined with a thermoelectrisohen generator, its hot junction or its hot connection points are heated by the hot exhaust gases from the gas turbine whereas the heat from the cold junction or junctions is released to an air flow, which in bypass gas turbines from the bypass air consists and in gas turbines that have no bypass, consist of an air stream can be obtained from a tapping of the compressor Turbine received.

In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen schematischen axialen Schnitt durch eine Nebenweggasturbine,.die mit einem thermoelektrischen Generator versehen ist, gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt durch eine Gasturbine ohne Nebenweg, beispielsweise eine Gasturbine mit Wellenahtrieb, welche einen thermoelektrischen Generator enthält, gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Nebenwegluftkanal der Mischeinheit einer Nebenwegstrahlturbine, welche eine praktische Ausführungsform des Aufbaue nach Fig. 1 darstellt, Fig. 4 einen Schnitt durch diese, von der Auslasseite der Mischeinheit her gesehen und Fig. 5 einen Teilschnitt durch die hlLsctieLiitieit, welcher den Aufbau der Nebenwegluftkanäle zeigt, längs der gestrichelten Linie 5-5 in Fig. 3p In Fig. 1 hat die Gasturbine eines Nebenwegturbostrahltriebwerkes einen Rotor, dessen Nabe 1 in dem Turbinengehäuse 2 drehbar gelagert ist, so dass darin ein ringförmiger Gaskanal 3 entsteht. Das Turbinengehäuse 2 ist konzentrisch von einem Aussengehäuse 4 umgeben, zwischen welchem und dem Turbinengehäuse ein zweiter ringförmiger Kanal 5 entsteht, der als Zeitung für die Nebenwegluft dient, und der durch ein Turbinenrohr 6 verlängert wird, in dessen Nähe die heissen Abgase der Turbine von dem Kanal 3 mit der Nebenwegluft des Kanals 5 gemischt werden, wie es nach dem Stand der Technik gut bekannt ist. Der ringförmige Nebenwegluftkanal ist über das Ende des Turbinengehäuses hinaus verlängert, dass er einen Kanalteil 7 bildet, dessen Wände zweokmässigerweise zu der Turbinenachse hin gebogen sind, und an seiner Innenwand 7a befindet sich ein thermoelektrischer Generator, dessen heisse Verbindungsstelle 8 sich an der Innenseite der Innenwand 7a des Kanalteiles 7 befindet, so dass sie von heissen Abgasen, die aus dem Turbinenkanal 3 kommen, umflossen wird, während die kalte Verbindungsstelle 9 des thermoelektrischen Generators an der Innenseite des Kanalteiles 7 liegt, so daso sie von der Umwegluft in dem ringförmigen Kanal 5 umflossen wird, bevor die Ströme dieser beiden Strömungsmittel an der Auslasseite des Kanalteiles 7 gemischt werden. In der abgewandelten Ausführungsform nach Fig, 2, bei der die Teile der Turbine dieselben Bezugszeichen haben wie in Fig, 1, bildet ein Turbinenrohr 10 eine Verlängerung des Turbinengehäuses 2, welches von keiner Nebenwegluftleitung umgeben ist. In dieser Ausführungsform befindet sich ein Wärmeaustauscher, der einen thermoelektrischen Generator 11 darstellt, zwischen den in Längsrichtung nebeneinanderliegenden Wandteilen des Turbinengehäuses 2 und des Turbinenrohres 10, so dass die heisse Verbindungsstelle 12 des thermoelektrischen Generators 11 sich in dem Strom der heissen Abgase der Turbine 1 befindet. Die kalte Verbindungsstelle des Generätors 11 befindet sich in einem Hilfsrohr 13, durch das Luft von einer Luftanzapfung des Turbinenkompressors fliest, um der kalten Verbindungsstelle Wärme zu entnehmen. Nachdem die Luft an der kalten Ver. Bindungsstelle vorbeigeflossen ist, kann sie durch ein Seitenrohr 14 in das Turbinenrohr 10 eintreten, Die Figuren 3 bis 5 zeigen, wie die Anordnung nach Fig, 1 bei einer praktischen Ausführungsform der Nebenweggasturbine verwendet werden kann, wobei e gleichen Bezugazeiohen wie in Pig. 1 für die Teile verwendet werden, die ohne weiteres kenntlioh sind.In the drawings: FIG. 1 shows a schematic axial section through a bypass gas turbine, which is provided with a thermoelectric generator, according to an embodiment of the invention, FIG contains a thermoelectric generator, according to another embodiment of the invention, Fig. 3 is a longitudinal section through a bypass air duct of the mixing unit of a bypass jet turbine, which represents a practical embodiment of the structure according to Fig. 1, Fig. 4 is a section through this, from the outlet side of the mixing unit 5 shows a partial section through the hlLsctieLiitieit, which shows the structure of the bypass air ducts, along the dashed line 5-5 in FIG. 3p is mounted , so that a ringförmi therein ger gas channel 3 arises. The turbine housing 2 is concentrically surrounded by an outer housing 4, between which and the turbine housing a second annular channel 5 is created, which serves as a newspaper for the bypass air, and which is extended by a turbine pipe 6, in the vicinity of which the hot exhaust gases of the turbine from the Channel 3 can be mixed with the bypass air of channel 5, as is well known in the art. The ring-shaped bypass air duct is extended beyond the end of the turbine housing so that it forms a duct part 7, the walls of which are bent in two ways towards the turbine axis, and a thermoelectric generator is located on its inner wall 7a, the hot connection point 8 of which is on the inside of the inner wall 7a of the duct part 7, so that it is surrounded by hot exhaust gases coming from the turbine duct 3, while the cold connection point 9 of the thermoelectric generator is on the inside of the duct part 7, so that it is separated from the bypass air in the annular duct 5 before the flows of these two fluids are mixed on the outlet side of the channel part 7. In the modified embodiment according to FIG. 2, in which the parts of the turbine have the same reference numerals as in FIG. 1, a turbine tube 10 forms an extension of the turbine housing 2 which is not surrounded by any bypass air line. In this embodiment, a heat exchanger, which represents a thermoelectric generator 11, is located between the wall parts of the turbine housing 2 and the turbine tube 10 lying next to one another in the longitudinal direction, so that the hot connection point 12 of the thermoelectric generator 11 is located in the stream of hot exhaust gases from the turbine 1 . The cold connection point of the generator 11 is located in an auxiliary pipe 13 through which air flows from an air tap of the turbine compressor in order to extract heat from the cold connection point. After the air at the cold ver. Binding site has flowed past, it can enter the turbine pipe 10 through a side pipe 14. 1 can be used for the parts that are easily known.

Wie man insbesondere aus dem Schnitt nach Fig. 5 erkennt, enthält der Nebenwegluftkanal 5 nahe seinem Auslass zehn Mischkanäleg deren Innenwand 7a gegen die Mittelachse des Kanales 3 gebogen ist, und dadurch die heissen Turbinenabgase umleitet, wobei diese Kanäle gleichmässig über den Umfang der Turbine verteilt sind, und jede von ihnen einen U-förmigen Querschnitt hat, Die thermoelektrisohen Generatoren 15, von denen jeder eine heisse Verbindungsstelle 8 und mehrere Verbindungsstellen 9 hat, sind so angeordnet, dass sie einen Teil des Bodens der U-förmigen Wand einer oder mehrerer Kanäle bilden. Um die Wärme der heissen Abgase der heissen Verbindungsstelle 8 wirksamer zuzuführen und die Wärme der kalten Verbindungsstellen 9 wirksamer in den tiebenwegluftetrom zu führen, sind die Generatoren 15 zwischen zwei Metallblöcke 16 und 17 eingeklemmt, von denen jeder mehrere Rippen 16a bzw. 17a hat, die in Längsrichtung des Strömungsmittelflusses angeordnet sind, und die in die heissen Turbinenabgase bzw. die Nebenwegluftströmung in den Mischkanal ragen, Die Kühlrippen 17a sowie der Kühlkörper 17 sind am besten aus Aluminiumlegierung in einem Spritzgussverfahren hergestellt und der Heizkörper 16 und seine Rippen 16a können aus Wolframkupfer im Spritzgussverfahren hergestellt sein, und mit einem aufgesprühten Überzug aus Molybdän versehen sein. Die Teile 15, 16 und 17 können, wie es in Figo 4 dargestellt ist, in einer unteren Öffnung des U-förmigen Kanalteiles angeordnet sein, welcher durch eine Wand 7a entsteht, und durch Federklemmen 18 in ihrer Lage gehalten werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kühl` körper 17 ferner mit einer mittleren Rippe 17b versehen, welche länger als die anderen Rippen 17a ist, wobei diese mittlere Rippe bis zu der Aussenkanalwand 4 bzw. 6 ragt und dort befestigt ist, wodurch eine grössere Stei- figkeit entsteht. Die Teile 7b der jnrienwand zwisolien 'den Teilen 7a, die die Kanäle b ULderi, köririen so auage- dehrrt sein, daso a.Le cl Le tluaEietiM),.iritl c1::3 Fiirti Lrierirolir.-eu 6 berühren, so dass dLe ganze lfebt:iiv@eg:Lul?t ni.Lt deri heissen Turbinenabgasen mit Hilfe der Kanäle gemischt wird. , Gemäss dem Bedarf an elektrischer Energie bei den verschiedenen Ausführungsformen kann entweder ein einziger thermoelektrischer Generator vorgesehen sein, der nur einen kleinen Teil des Umfanges de' Turbinenabgaskanals belegt, oder es können mehrere einzelne thermoelektrische Generatoren vorgesehen.sein, die um den Kanal verteilt sind, oder es kann auch ein ringförmiger thermoelektrischer Generator vorgesehen sein, der um einen zusammenhängenden Teil des Umfangs oder den ganzen Umfang des Kanals ragt. Durch die Kombination aus thermoelektrischem Generator und Gasturbine kann elektrische Energie zum Steuern der Gasturbine unabhängig von irgendwelchen äusseren elektrischen EnergiequJ- len in einfacher Weise erzeugt werden; die elektrische Energie kann jedoch zusätzlich auch für andere Zwecke oder als Ersatzenergiequelle für die Steuerung von Gasturbinentriebwerken verwendet werden.As can be seen in particular from the section according to FIG. 5, the bypass air duct 5 near its outlet contains ten mixing ducts, the inner wall 7a of which is bent towards the central axis of duct 3, and thereby diverts the hot turbine exhaust gases, these ducts being evenly distributed over the circumference of the turbine are, and each of them has a U-shaped cross-section, the thermoelektrisohen generators 15, each having a hot junction 8 and a plurality of connection points 9 has, are arranged so that they are a part of the bottom of the U-shaped wall of one or more channels form. In order to supply the heat of the hot exhaust gases to the hot connection point 8 more effectively and to guide the heat of the cold connection points 9 more effectively into the tiebenwegluftetrom, the generators 15 are clamped between two metal blocks 16 and 17, each of which has several ribs 16a and 17a, which are arranged in the longitudinal direction of the fluid flow, and protrude into the hot turbine exhaust gases or the bypass air flow in the mixing channel, The cooling fins 17a and the cooling body 17 are best made of aluminum alloy in an injection molding process and the heating body 16 and its ribs 16a can be made of tungsten copper Be made injection molding process, and be provided with a sprayed coating of molybdenum. The parts 15, 16 and 17 can, as is shown in FIG. In the illustrated embodiment, the cooling body 17 is also provided with a central rib 17b, which is longer than the other ribs 17a, this central rib protruding up to the outer duct wall 4 or 6 and being fastened there, whereby a larger stone ability arises. The parts 7b of the jnrienwand between them The parts 7a, which form the channels b ULderi, are so designed be dehrrt, daso a.Le cl Le tluaEietiM) ,. iritl c1 :: 3 Fiirti Lrierirolir.-eu 6 touch so that the whole life: iiv @ eg: Lul? T ni.Lt deri hot turbine exhaust gases is mixed with the help of the channels. According to the need for electrical energy in the various embodiments, either a single thermoelectric generator can be provided, which only occupies a small part of the circumference of the turbine exhaust duct, or several individual thermoelectric generators can be provided, which are distributed around the duct, or an annular thermoelectric generator can also be provided which projects around a continuous part of the circumference or the entire circumference of the channel. Through the combination of thermoelectric generator and gas turbine, electrical energy for controlling the gas turbine can be generated in a simple manner independently of any external electrical energy sources; however, the electrical energy can also be used for other purposes or as a substitute energy source for the control of gas turbine engines.

Claims (1)

Patentansprüche 1.) asturbinentriebwerk mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein thermoelektrischer Generator in einer Wand eines Kanals angeordnet ist, welcher einen Strom von Turbinenabgasen fördert, dass eine heisse Verbindungsstelle des Generators in das Innere des Kanals ragt, dass die heisse Verbindungsstelle durch die Strömung der Abgase erwärmt wird und dass ein kalter Luftstrom über die kalten Verbindungsstellen auf der gegenüberliegenden Seite der Wand geleitet wird. 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoeiektrische Generator oder die Generatoren in dem Mischer einer Nebenweggasturbine angeordnet sind, in welchem Nebenwegluft über die Seite des Generators mit der kalten Verbindungsstelle fliesst. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am I@ompre;:;3or angezapfte Luft, welche die 'er-
brennüngelüft für die GaätÜtbinb därotellti über die Seite deo Generators it der kalten Ver- bindünggste11e fliesst arid dann in den Abgao- etrom der GnBturbine eintritt.
Claims 1.) asturbinentriebwerk with a device for generating electrical energy, characterized in that at least one thermoelectric generator is disposed in a wall of a channel which conveys a stream of turbine exhaust gases, that a hot junction of the generator extends into the interior of the channel that the hot connection point is heated by the flow of the exhaust gases and that a cold air flow is passed over the cold connection points on the opposite side of the wall. 2.) Device according to claim 1, characterized in that the thermoelectric generator or the generators are arranged in the mixer of a bypass gas turbine, in which bypass air flows over the side of the generator with the cold junction. 3.) Device according to claim 1, characterized in that that on I @ ompre;:; 3or tapped air, which the 'he
Brennüngelüft for the GaätÜtbinb därotellti over the side of deo Generators with the cold binding fertilizer then flows into the Abgao- etrom the GnBturbine enters.
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