DE1626120A1

DE1626120A1 - Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1626120A1
Application number: DE19671626120
Authority: DE
Inventors: Ruffles Phillip Charles; Williamson Douglas Herbert
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1967-10-03
Publication date: 1970-04-02
Also published as: DE1626120C3; DE1626120B2; US3483697A; GB1104529A

Description

ROLIß-ROYCE LIMITED Derby, Derbyshire, England.

Gas turbinens tr ab.lt riebwerk»

Die Erfindung betrifft ein. Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend Verdichtungsmittel» eine Verbrennungsanlage, Turbinenmittel, einen umlaufenden Drucktauscher, der hinten im Triebwerk stromaufwärts neben der Turbinenanlage angeordnet ist und einen Ring"von Zellen umfasst, Mittel zum Drehen des Drucktauschers, und Leitungsmittel zum Leiten von Druckluft von den Verdichtungsmitteln zur Verbrennungsanlage über die Zellen des Drucktauschers und zum.Leiten der Abgase von der Verbrennungsanlage zu den Turbinenmitteln über die Zellen des Drucktauschers.

Da der Drucktauscher neben den Turbinenmitteln des Triebwerks angeordnet ist, können die Verbrennungsgase mit einem minimalen Druckverlust vom Drucktauscher zu den Turbinenmitteln

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strömen· Ausserdem kann die Verbrennungsanlage so angeordnet sein, dass die Verbrennungsgase voa der Verbrennungsanlage zum Drucktauscher durch, eine verhältnismässig kurze Leitung und daher mit minimalen Druckverlusten und minimaler Kühlung geleitet werden.

Vorzugsweise ist der Drucktauscher so konstruiert, dass er durch die an ihn angelieferten Gase gedreht wird.-

Die Turbinenmittel können eine freie liurbine umfassen. Ausserdem können sie auch eine Hochdruckturbine umfassen, welche die Verdichtungsmittel aber eine erste Welle antreibt, wobei die freie Turbine eine Niederdruckturbine ist, die eine zweite Welle antreibt, welche die erste Welle konzentrisch umgibt.

Die Verdichtungsmittel können eiäte zentrifugale Endstufe haben, welche die Druckluft radial nach aus sen in eine oder mehrere Drucktauscher führende leitungen einleitet.

In einer erfindungsgemässen Ausführungsform ißt der Drucktauscher ein Drucktauseher mit Wmkehrströmung und die Verbrennungsanlage umfasst mindestens eine radial ausserhalb der Turbinenmittel gelegene Brennkammer. In dieser Ausführungsform können zwei diametral gegenüber liegende Brennkammern vorgesehen sein· -■.-.■-.

In einer anderen erfindungsgemässen Ausführungsform ist, der Drucktauscher ein Durchs tr ömungs—Drucktauscher,, wobei die Verbrennungsanlage hinter dem Drucktauscher angeordnet ist·

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Weitere -Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen,-aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor.

Fig· 1 ist ein Querschnitt'--'elfter Ausführungsforitt eines erfindungsgemässen Gasturbinenstrahltriebwerks, wobei nur eine Hälfte desselben im Einzelnen dargestellt 1st,

Fig. 2 ist eine Abwicklung entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

j. ig. j ist eine Ansicht ähnlich der in Fig, 1,^ und stellt ein© weitere erfindungsgemasse Ausführungsforni dar,

Fig. 4 ist eine Entwicklung entlang der linie 4-4- in Fig. 3·

Bach Figuren 1 und 2 -hat ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 ein Gehäuse 11, in dessen stromauf wärt igen Ende ein Verdichter 12 gelagert ist. Der Verdichter 12 hat drei axiale Stuf en 13 und eine zentrifugale Endstufe 14-.

Die zentrifugale Endstufe 1* leitet die vom Verdichter 12 erzeugte Druckluft radial nach aussen in zwei sich in axialer Richtung erstreckende, diametral gegenüberliegende Leitungen 15, die ausserhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind und sich zu dessen Hinterende erstrecken»

Der Verdichter 12 1st auf einer Welle 20 angeordnet, die von einer zweistufigen Hochdruckturbine 21 angetrieben wird. Konzentrisch um diese Welle 20 herum ist eine weitere Welle 22 angeordnet, die vom einer zweistufigen, freien, Hiederdruckturbine 23 angetrieben wird■·'■

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BAD ORiGiNAL

Das vordere Ende der Welle 22 trägt ein Zahnrad 26, welches über eine Zahnbohrung 24- eine Hauptabtriebwelle 25 antreibt. Diese kann eine normale, nicht dargestellte Luftschraube oder einen nicht dargestellten Drehflügel eines Hubschraubers antreiben.

Am Hinterende des Triebwerks und stromaufwärts neben der Hochdruckturbine 21 ist ein drehbarer Drucktauscher 32 angeordnet, dessen Rotor 33r auf einer zur Achse des Triebwerks kollinearen Welle 34 sitzt. Die Welle 34· ist in Lagern 35» 36 gelagert, die sich am Rückende des Gehäuses 11 über vier im Winkel versetzte Streben-37 und vier weitere ähnliche Streben 38 abstützen. Der Rotor 33 hat einen Ring von Zellen 40, die an ihren entgegengesetzten Enden offen sind.

Der Rotor 33 ist zwischen Endplatten 41, 42 angeordnet. Die Endplatte 42 hat eine Vielzahl von im Winkel versetzten Oeffnungen 43_f durch welche Druckluft vom Verdichter 12, die durch Leitungen 15, 16 zum Drucktauscher 32 strömt, in die Zellen 40 eintreten kann. Der Drucktauscher 32 ist ein Drucktauscher mit Umkehrströmung, wobei die in die Zellen 40 durch die Oeffnungen 43 einströmende Luft innerhalb der Zellen in ihrer Strömungsrichtung umgekehrt wird und aus diesen durch eine Vielzähl von Oeffnungen 44 ausströmt, die abwechsei rid mit den Oeffnungen 43 angeordnet sind.

Die aus den Zellen 40 und durch die Oeffnungen 44 ausströmende Luft strömt durch zwei diametral gegenüber liegende Leitungen 45 zu Brennkammern 47, welche radial ausserhalb der Turbine 21 liegen.

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Die Endplatte 41 hat eine Vielzahl von im Winkel versetzten Oeffnungen 50 und Verbrennungsgase werden aus den Brennkam- ' mern 4? über Leitungen 51 und die Oeffnungen 50 zu den Zellen 40 geleitet. ^f

Die Strömungsrichtung der derart in die Zellen 40 einströmenden Verbrennungsgase wird in den Zellen umgekehrt und diese Gase verlassen die Zellen 40 durch eine Vielzahl von im Winkel versetzten Oeffnungen 53^ welche abwechselnd mit den Oeffnungen 50 angeordnet sind. Die aus den Zellen 40 durch die Oeffnungen 53 ausströmenden VerbrennungsgajSe strömen dann durch eine Ringleitung 54,durch die Turbinen 21, 23 und in einen Abgaskegel 55·

Die bellen 40 sind zwischen Schaufeln 56 gebildet, die so konstruiert sind, dass die in die Zellen 40 ein- und aus diesen ausströmende Gase auf die Schaufeln 56 so einwirken, dass sich der Rotor 33 dreht. Die an die Zellen 40 angelieferte Druckluft wird in diesendurch die unmittelbare Energieübertragung von den Verbrennungsgasen weiter verdichtet, wciiLLoiid sich die Verbrennungsgase in den Zellen 40 dehnen, bevor sie zu den Turbinen 21, 23 gelangen.

Wie aus dem vorangehenden hervorgeht, ermöglicht es die beschriebene Anordnung, die »chile 11 strömenden Gase nach deren Austreten aus den Zellen 40 des Drucktauschers 32 unmittelbar durch eine'verhäitnismässig kurze Leitung 54 und damit auch mit minimalen Verlusten zu den Turbinen 21, 23 zu leiten· Sie ermöglicht es auch, die Verbrennungsgase von den Brennkammern 47 zum Drucktauscher 32 durch verhäitnismässig kurze Leitungen 51 zu fördern. .

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Fig, 3 und 4 zeigen ein Gasturbinenstrahltriebwerk 59^ das im allgemeinen, dem nach Fig. 1 und 2 entspricht und daher nicht im Einzelnen beschrieben werden muss, wobei einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszahlen mit dem Zusatz 'a·*· gekennzeichnet sind·

Im Triebwerk 59 nach Fig. 3 und 4 wird Jedoch im Gegensatz zum oben beschriebenen Drucktauscher mit Umkehrströmung ein Durchflussdrucktauseher verwendet. Dieser Drucktauscher 60 hat einen Rotor 61 mit einem Ring von fellen 4Oa₃ welcher zwischen Endplatten 62, 63 angeordnet ist. Die Endplatte hat eine Vielzahl von im Winkel versetzten Löchern 64-, durch welche im Verdichter 12a verdichtete Luft nach dem Durchströmen durch Leitungen 15a in die Zellen 40a einströmen kann. Die Strömungsrichtung der Luft wird jedoch in den Zellen 40a nicht umgekehrt, sondern diese Luft strömt axial hindurch und tritt durch eine Vielzahl von im Winkel versetzten Löchern in der Endplatte 62 aus· Die aus den Löchern 65 ausströmende Druckluft wird an zwei diametral gegenüber, liegende Leitungen 66 angeliefert, die zu einer einzigen Brennkammer 70 führen. Diese Brennkammer 70 ist ganz am Bückende des Gasturbinentriebwerks 59 angeordnet und kann als Bauteil mit dem Drucktauscher 60 vereinigt sein.

Die Verbrennungsgase aus der Brennkammer 70 werden durch Leitungen 71 über eine Vielzahl von im Winkel versetzten Löchern 73 an die Zellen 40a angeliefert, wobei diese Löcher 73 in der Endplatte 62 abwechselnd mit den Löchern 64 angeordnet sind.

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Die durch die Zellen 40a durchströmenden Verbrenmmgsgase treten aus diesen axial durch eine Vielzahl von im Winkel versetzten Lochern 74- aus, die in der Endplatte 62 abwechselnd mit den Löchern 65 angeordnet sind· Sie durch die Löcher austretenden Verbrennungsgase strömen in eine Ringleitung und aus dieser zu den Turbinen 21a, 25a und zum Abgaskegel 55a.

Es ist zu ersehen, dass in der Bauart nach Fig.. 3 und 4, «hnlich wie bei der Konstruktion nach Fig. 1 und 2, der Drucktauscher 60 neben und hinter der Turbine 21a liegt, sodass die Verbrennungsgase mit mi nimalen Verlusten vom Drucktauscher zur Turbine strömen können-

Der Durchflussdrucktauscher 60 nach Fig. 3 und 4 hat eine' geringere Gesamtwirkleistung als der Drucktauscher mit Umkehrströmung 32 nach Fig. 1 und 2. Andererseits hat der Drucktau_övilwi 60 den Vorteil einer konstanten Temperatur entlang seiner ganzen Länge, sodass die in ihm auftretenden Wärmespannungen weit kleiner sind. Auch ist die llaximaltemperatur des Drucktauschere 60 niedriger als beim Drucktauscher 32, sodass derselbe aus konventionellen Werkstoffen hergestellt werden kann·. - - ^{: :} * . ' ■'' ' "'-^f ■

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Claims

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· Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend Verdichtungsmittel, eine Verbrennungsanlage, Turbinenmittel und einen umlaufenden Drucktauscher, mit einem Ring von Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktauscher hinten im Triebwerk stromaufwärts der Turbinenmittel angeordnet ist, und Leitungsmittel (15, 16, 4-5,- 46,51, 52, 54) vorgesehen sind zum Leiten von Druckluft von den Verdichtungsmitteln (13) zur Verbrennungsanlage (47, 48) über die Zellen des Drucktauschers (53) und zum Leiten der Abgase von der Verbrennungsanlage (47, 48) zu den Turbinenmitteln (21, 23) über die Zellen (40) des Drucktauschers.
2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktauscher (33) so konstruiert ist, dass er durch die an ihn angelieferten Gase gedreht wird.
3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenmittel (21, 23) eine freie Turbine (23) umfassen.
4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet f dass die Turbinenmittel (21, 23)eine HochdrucktürMrie (21) umfassen, welche die Verdichtungsmittel (I3) über eine erst« Welle (20) antreibt, wobei die freie Turbine (23} eine Mederdruckturbine ist, die eine zweite Welle (22) _t welche die erste Welle (20) konzentrisch umgibt.

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5· Gastur'binenstrahlt2?ie'bwepk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsmittel (15) eine zentrifugale Endstufe (14) haben, welche die Druckluft radial nach aussen in eine oder mehrere zum Drucktauscher (33) führenden Leitungen (15, 16) einleitet.
6· Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktauscher ein Drucktauscher mit Tlmkehrströmung (33) ist und die Verbrennungsanlage (47, 48) mindestens eine radial ausserhalb der Turbinenmittel (21, 23) gelegene Brennkammer umfasst.
7» Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, dass zwei diametral gegenüber liegende Brennkammern (47, "48). vorgesehen sind.
8. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet $ dass der Drucktauscher ein Durchströmungs-Drucktauscher (61) ist, wobei die Verbrennungsanlage (20) hinter dem Drucktauscher angeordnet ist»

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