DE2554186C3 - Gasturbinenstrahltriebwerk für Flugzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solches Triebwerk ist aus der DE-OS 23 03 229 bekannt. Bei diesem Triebwerk sind zwei Wärmeübertragerscheibenpaare in Achsrichtung hintereinander angeordnet und die Scheiben eines jeden Scheibenpaares sind in Form eines flachen Doppelkegels ausgebildet, und in dem Doppelkegel-Innenraum strömt das Hochdruckmittel auf der einen Seite ein und verläßt es auf der anderen Seite. Das zweite Scheibenpaar, welches mit dem ersten Scheibenpaar identisch ist, wird von den Abgasen der Niederdruckturbine überströmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Gasturbinentriebwerk hinsichtlich der Anordnung und Ausbildung der Wärmeübertragerscheiben derart zu verbessern, daß diese Scheiben in raum- und gewichtssparender Weise untergebracht werden können und eine noch günstigere und schnellere Wärmeübertragung gewährleisten.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die abwechselnd konvergierend bzw. divergierend ausgebildeten Strömungsräume wird eine wirksame Wärmeübertragung zwischen den unter relativ niedrigem Druck stehenden Abgasen und der Druckluft erreicht, welche vom Kompressor her im Gegenstrom eingepreßt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird weiter erreicht, daß die Abgase im wesentlichen ohne Ablenkung in Achsrichtung des Triebwerkes abströmen können und demgemäß einem relativ geringen Strömungswiderstand unterworfen sind, so daß ihre Energie in der Schubdüse weitgehend in einen für den Vortrieb verfügbaren Schub umgesetzt werden kann.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen axialen Vertikalschnitt eines Gasturbinentriebwerks gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen axialen Horizontalschnitt des Triebwerks nach Fig. 1;

F i g. 3 in größerem Maßstab eine schematische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 1 in einer Abwandlung zur Verdeutlichung der Gasströmung;

Fig.4 in größerem Maßstab eine schematische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 in einer Abwandlung zur Kennzeichnung der Gasströmung.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Gehäuse 10 in dem ein Kompressor 11, eine Brennkammer 12, eine Hochdruckturbine 13, eine Niederdruckturbine 14, ein Wärmeübertrager 15 und die Schubdüse 16 untergebracht sind. Der Kompressor und die Hochdruckturbine 13 sind antriebsmäßig durch eine Hochdruckwelle 17 miteinander verbunden, während die Niederdruckturbine ein Gebläse 18 über

^ eine Niederdruckwelle 19 antreibt.

f Eine Reihe von Kanälen 20 führt Kompressordruck-

iufi dem Wärmeübertrager i5 zu, während eine weitere Gruppe von Kanälen 21 diese Luft vom Wärmeübertrager nach der Brennkammer 12 zurückführt

Die Konstruktion des Wärmeübertragers 15 im einzelnen ergibt sich aus den Fig.3 und 4. Der hier dargestellte Wärmeübertrager besteht aus sechs Wär-Scheiben herum verhindert werden.

' Das Triebwerk arbeitet wie folgt: Die Lufi tritt in das

Triebwerk ein und wird durch das Gebläse 18 verdichtet Ein Teil dieser verdichteten Luft strömt über die Außenseite des Gehäuses 10 und liefert einen Schub,

' während der Rest der Luft in den Kompressor 11

eintritt, und in diesem weiter verdichtet wird. Die vom Kompressor verdichtete Luft strömt durch die Kanäle 20 nach dem Wärmeübertrager 15, wo sie in die Einlaßleitung 25 eintritt, und sie wird unter die Segmentabschnitte 28 aufgeteilt, und strömt über jede der rotierenden Scheiben 22. Diese Scheiben sind heiß, und sie geben einen Teil der Wärme an die Luft ab, während diese durch die Scheiben hindurchtritt. Dann

;' tritt die Luft in die Leitungsabschnitte 29 ein, und strömt

J über die gegabelten Kanäle 30 und die Kanäle 21 nach

der Brennkammer 12.

• In der Brennkammer wird der Brennstoff in der

erhitzten, vom Kompressor gelieferten Druckluft l_: verbrannt, und die heißen Gase aus der Brennkammer

H strömen über die Turbine 13 und treiben den

\ Kompressor 11 und über die Turbine 14 das Gebläse 18

\ an. Die Abgase der Turbinen strömen in die Räume 23

und durch die Scheiben 22 in die Räume 24, wobei die oben erwähnten Abschirmungen verhindern, daß die Gase an den Scheiben vorbeiströmen, und die Leitungen von der Kompressor-Speiseluft verhindern eine Mischung der beiden Gasströmungen.

Beim Durchlaufen der Scheiben heizen die Turbinenabgase jene Abschnitte der Scheiben auf, durch die die Gase strömen, und dadurch werden die Abgase selbst relativ kühl, wenn sie den Wärmeübertrager verlassen. Die nach den Scheiben übertragene Wärme wird durch die relativ langsame Scheibendrehung so transportiert, daß die Kompressorabgase in der beschriebenen Weise erhitzt werden.

Die Abgase verlassen dann den Wärmeübertrager und strömen über die Schubdüse 16 aus, wobei ein Antriebsschub erzeugt wird.

Dadurch, daß der Wärmeübertrager aus Scheiben besteht, die in der beschriebenen Weise montiert sind, ergibt sich ein kompaktes System, bei dem nur Leitungen zusätzlich zu jenen für die Kompressorabgase erforderlich sind, wobei die Turbinenabgase weiterhin tatsächlich geradlinig den Wärmeübertrager durchströmen, wobei nur geringe aerodynamische Verluste in Kauf zu nehmen sind.

Der Antrieb der Scheiben kann mechanisch oder aerodynamisch erfolgen und das Triebwerk kann ein Gebläsetriebwerk sein, wie vorstehend beschrieben, oder es könnte auch ein reines Strahltriebwerk oder ein Turboproptriebwerk sein.

meübertragerscheiben 22, die in einem Stapel angeordnet sind, dessen Achse quer zum Abgaskana! des Triebwerks verläuft Die einzelnen Scheiben sind nicht koaxial bezüglich des Stapels gelagert, sondern ihre Achsen sind schräg in der Horizontalebene gegeneinander gestellt, und zwar derart, daß die Umfange

ίο benachbarter Scheiben einander an abwechselnden Enden im Bereich der horizontalen Schnittebene berühren. Die Mittelpunkte der Scheiben lieger, auf einer Linie, die senkrecht zur Achse des Kompressors 11 und der Turbine 13 verläuft, und ihre Achsen liegen außerdem in einer Ebene, die diese letztere Achse enthält Die Scheiben bilden demgemäß zwischen sich keüförmig gestaltete Strömungsräume, von denen die Räume 23 auf der Triebwerksseite der Scheiben liegen und die Räume 24 auf der Abgasdüsenseite der Scheiben. Jede Scheibe ist in Lagern am Umfang geführt, um die Drehung um die Scheibenachse zu ermöglichen, und jede Scheibe ist mit einem Antrieb 31 versehen, der die Scheiben um ihre Achsen dreht.

Der für die Wärmeübertragerscheiben benutzte Werkstoff muß die Gasströmung durch die Scheibe nur in axialer Richtung durchlassen und er muß in der Lage sein, den hohen Gastemperaturen zu widerstehen, und außerdem muß eine genügende thermische Kapazität vorhanden sein, ιτη die erforderliche Wärmemenge zu speichern.

Es ist eine Einlaßleitung 25 und eine Auslaßleitung 26 vorgesehen, um die Kompressordruckluft durch die Scheiben zu leiten. Die Einlaßleitung 25 besteht aus einem Leitungsabschnitt 27, der sich über den Abgaskanal des Triebwerks erstreckt und an seinen Enden mit der Einlaßkanälen 20 verbunden ist, und außerdem sind mehrere Segmentabschnitte 28 vorgesehen, die in die Strömungsräume 24 einstehen und gegenüber den Oberflächen der Scheiben abgedichtet sind, dam't Luft durch einen Segmenlabschnitt der Scheibe sirömen kann.

Die Auslaßleitung liegt in den Strömungsräumen 23 und besteht aus mehreren Leitungsabschnitten 29, die gegenüber den Scheiben um Segmentabschnitte herum abgedichtet sind, die den Flächen entsprechen, um die die Abschnitte 28 gegenüber der Scheibe abgedichtet sind, die jedoch auf einander entgegengesetzten Seiten der Scheiben liegen. Die Leitungsabschnitte 29 sind gegabelt und bilden Kanäle 30, die nach den Kanälen 21 führen.

Um den Wärmeübertrager zu vervollständigen, sind nicht dargestellte Abschirmungen vorgesehen, die verhindern, daß die Abgase der Turbine aus den Räumen 23 in die Räume 24 gelangen, ohne durch die Scheiben hindurchzuströmen. Außerdem muß eine Rezirkulation der Abgase um die Außenseite der

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenstrahltriebwerk für Flugzeuge mit einem Kompressor, einer Brennkammer und einer Turbine, die antriebsmäßig mit dem Kompressor verbunden ist und mit einem im Abgaskanal angeordneten Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme von den Turbinenabgasen zu der vom Kompressor gelieferten Druckluft, wobei der Warmeübertrager aus mehreren durch einen Antrieb drehbaren ebenen Wärmeübertragerscheiben besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Wärmeübertragerscheiben (22) zickzackförmig abwechselnd gegeneinander in einer die Triebwerksachse enthaltenen Ebene quer zur TrieDwerksachse derart angestellt sind, daß die Scheiben zwischen sich eine Mehrzahl keilförmiger Strömungsräume (23 bzw. 24) definieren, deren Breitseite bezüglich der Hauptströmung stromauf

(23) bzw. stromab (24) gerichtet ist, daß die stromauf offenen Strömungsräume (23) mit der Turbinenabgasseite und die stromab offenen Slrömungsräume

(24) mit der Schubdüse (16) verbunden sind, und daß jeweils ein Sektor der Wärmeübertragerscheiben (22) auf deren von der Turbine (13) abgewandten Seite mit der Druckseite des Kompressors (U) und auf deren der Turbine (13) zugewandten Seite mit dem Eingang der Brennkammer (12) verbunden ist.

2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Wärmeübertragerscheiben (22) auf einer Linie liegen, die die Triebwerksachse senkrecht schneidet und daß die Achsen benachbarter Wärmeübertragerscheiben (22) im gleichen Winkel gegenüber dieser Linie angestellt sind.

3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich benachbarte Wärmeübertragerscheiben (22) an der schmalen Seite der von ihnen gebildeten Strömungsräume fast berühren.

4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jene Sektoren der Wärmeübertragerscheiben (22) für die Beaufschlagung mit Kompressordruckluft vorgesehen sind, die der Turbine (13) abgewandt sind.

5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftzuführungsleitung vom Kompressor (11) zu den Wärmeübertragerscheiben (22) Kanäle (20) aufweist, die außerhalb des Abgaskanals des Triebwerks zu einer Sammelleitung (27) führen, die sich quer zu dem Abgaskanal des Triebwerks stromab der Wärmeübertragerscheiben (22) erstreckt, und daß die Sammelleitung (27) mit Abschnitten (28) verbunden ist, die in die stromab offenen Strömungsräume (24) einstehen.

o. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung für die erwärmte Druckluft Leitungsabschnitt: (29) umfaßt, die innerhalb der stromauf offenen Strömungsräume (23) verlaufen, um die durch die Wärmeübertragerscheiben hindurchgetretene Druckluft zu sammeln, und daß diese Leitungsabschnitte (29) mit weiteren Kanälen (21) verbunden sind, die außerhalb des Abgaskanals des Triebwerks verlaufen.