DE2605653A1

DE2605653A1 - Gasstroemungskanal fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2605653A1
Application number: DE19762605653
Authority: DE
Inventors: Leonard John Rodgers; Alan Stuart
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-02-14
Filing date: 1976-02-12
Publication date: 1976-08-26
Also published as: GB1504793A; FR2300899B1; DE2605653C3; JPS51106814A; DE2605653B2; IT1055076B; US4052847A; FR2300899A1

Description

P&tenianwälte D ί ρ I.-1 η g. C u rt WaI I ac h

Dipl.-Ing. Günther Koch

2605 6 53 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ¹²· Februar 1976

Unser Zeichen: 15 ²HO - K/Ap

Rolls-Royce (1971) Ltd., London/England

Gasströmungskanal für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung der Gasströmungskanäle eines Gasturbinentriebwerks.

Die Gasturbinentriebwerke sind mit Strömungskanälen ausgerüstet, durch die je nach der Gattung und dem Aufbau des Triebwerks, d.h. beispielsweise bei einem einfachen Heißgas-Generator oder bei einem Mantelstrom-Triebwerk oder einem Gebläse-Triebwerk (all diese Gattungen sind für sich bekannt), ein Strömungsmittel in Gestalt heißen Gases, als kalter Nebenstrom oder als Gebläseluft oder als Mischung von Bestandteilen hiervon oder als Mischung sämtlicher Bestandteile, abfließt.

Es ist bekannt, Zusatzluft mit dem Heißgasstrom eines Gasturbinentriebwerks oder mit einer bereits vorher vermischten Strömung aus Nebenstromluft bzw. heißen Abgasen aus dem Nebenstromkanal bzw« dem Kerngasgenerator eines Mantelstromtriebwerkes zu vermischen, wobei die Vermischung dadurch erlangt wird, daß Zusatzluft zwischen sternförmig angeordneten Wellungen am Umfang eines Zylinders in die Strömung eingeleitet wird, wobei Gebläseluft und/oder Heißgas durch diese Wellungen abfließt. Bei den bekannten Anordnungen müssen jedoch schwerwiegende Leistungsverluste in Kauf genommen werden, wenn keine Zusatz-

ORiGINAL INSPECTED

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luft erforderlich ist, weil das Fehlen von Zusatzluftströmung zwischen den Wellungen eine zu schnelle Ausdehnung der Gasströmung und/oder der Luftströmung durch die Wellungen bewirkt, nachdem diese einmal aus dem zylindrischen Körper austreten und hierdurch ergibt sich sogar eine Rückströmung mit den hiermit verknüpften Schubverlusten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Strömungsvermischung bei einer Gasturbinenanlage zu schaffen, die diese Rezirkulation bzw. Rückströmung und die dadurch bedingten Schubverluste beträchtlich vermindert.

Die Erfindung geht aus von einem Mantelstromtriebwerk-Gebläsekanal, der einen absperrbaren Zusatzlufteinlaß an einer Stelle über der Länge und eine Strömungsmischvorrichtung stromab des Zusatzlufteinlasses aufweist, wobei die Strömungsmischvorrichtung einen im wesentlihen zylindrischen Körper aufweist, der in dem Abgasströmungskanal koaxial und mit radialen Abstand hiermit angeordnet ist und an seinem stromabwartigen Ende mit sternförmigen Wellungen im Umfang ausgestattet ist. Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wellungen so angeordnet sind, daß sie in einer Betriebsart des Abgasströmungskanals nur Umgebungsluft dazwischen über den Zusatzlufteinlaß und eine Mischströmung aus Gebläseluft und Heißgasen empfangen und in einer weiteren Betriebsstellung des Abgasströmungskanals die Umgebungsluft abgesperrt ist und die Wellungen zwischen sich Gebläseluft aus dem Mantelstrom empfangen mit dem bei beiden Betriebsarten der Abgasströmungskanal in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Abgasströmungskanal·, in dem ein absperrbarer Zusatzlufteinlaß mündet, wobei der Abgasströmungskanal eine im wesentlichen zylindrische Strömungsmischeinrich-

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tung besitzt, die koaxial im AbgasStrömungskanal im radialen Abstand zu dessen Wänden stromab des Zusatzlufteinlasses angeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung einen sternförmig gewellten stromabwärtigen Umfang besitzt, und zwischen den Wellungen in der einen Betriebsart des Abgasströmungskanals Umgebungsluft über den Zusatzlufteinlaß strömt, während in einer weiteren Betriebsart des Abgasströmungskanals Gebläseluft aus dem Mantelstromkanal zwischen den Wellungen hindurchtritt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerks mit Strahlrohr;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des Strahlrohres nach Figur 1.

In der Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke "stromauf" und "stromab" auf die normale Strömungsrichtung von Luft und/oder Gasen durch das Gasturbinentriebwerk.

Gemäß Figur 1 weist ein Gasturbinentriebwerk 10 eine Stufe von Gebläseschaufeln 12 auf, die zusammen mit dem Gasturbinentriebwerk 10 von einem langgestreckten Gehäuse 14 umschlossen sind, das sich über das Triebwerk 10 stromab hinaus erstreckt und dort einen Abgaskanal 16 bildet. Der stromaufwärtige Teil 18 des Gehäuses 14 bildet mit dem Gasturbinentriebwerk 10 zusammen einen Ringkanal 20, durch den Luft strömt, auf die die Gebläsestufe 12 eingewirkt hat. Der Ringkanal 20 endet bei 22 im wesentlichen in der gleichen Ebene, in der der Heißgas-

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auslaß 24 des G-asturbinentriebwerks 10 liegt.

Im Gehäuse 14 ist ein ringförmiger Zusatzlufteinlaß 26 vorgesehen und er umspannt den Axialraum zwischen der Ebene des betreffenden Gebläsekanals und den Triebwerksluft- und Gasauslässen und einer Mischeinrichtung 28, die im Abgaskanalabschnitt 16 untergebracht ist. Das radial äußere Ende des Einlasses 26 ist durch Schwenkklappen 28 abgeschlossen, die umfangsmäßig am G-ehäuse angeordnet sind, und das radial innere Ende des Einlasses 26 wird durch Schwenkklappen 30 geschlossen, die ebenfalls in Umfangsrichtung des Gehäuses 14, aber innerhalb davon angelenkt sind. Beide Gruppen von Klappen sind schwenkbar an der stromaufwärtigen Lippe des Einlasses 26 an ihren stromaufwärtigen Enden angelenkt.

Der Abgaskanalabschnitt 16 endet in einer Schubdüse 32 mit veränderbarer Fläche, die von mehreren Klappen 34 gebildet ist, welche schwenkbar an einer Stelle zwischen ihrem Vorderende und ihrem Hinterende derart schwenkbar gelagert sind, daß die Größe der Düsenfläche durch Verschwenkung der Klappen einstellbar ist. Jede Klappe 34 ist nicht an ihrem stromaufwärtigen Ende angelenkt, sondern ein Stück weiter stromab und dadurch wird der Momentenarm vermindert, der durch die darüber abfließende Gasströmung erzeugt wird.

Im Abgaskanal ist ein zylindrischer Körper 36 an einer Stelle in Strömungsrichtung kurz hinter dem· inneren Ende des Einlasses 26 angeordnet. Der zylindrische Körper 36 ist axial auf den Abgaskanal ausgerichtet und gegenüber diesem durch mehrere radiale Streben 38 im Abstand gehaltert. Am stromabwärtigen Ende dieses zylindrischen Körpers 36 sind mehrere, im gleichen Winkelabstand ,sternförmig angeordnete Wellungen 40 ausgebildet, und diese Wellungen ermöglichen im Betrieb, daß sich säulenartige Einzelströme von Heißgas aus dem Triebwerk 10 radial

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nach außen ausdehnen, wenn sie durch den Körper 36 abfließen, wobei gleichzeitig Einzelströme kalter Gebläseluft oder Zusatzluft radial nach innen strömt, wodurch eine größere Mischoberfläche zustande kommt, als es dann der Fall wäre, wenn der Auslaß rein zylindrisch ist und Gas und Luft in Ringströmen abfließen. Die Zusatzluft wird durch Verschwenken der Klappen 28, JO nach innen nach den in Figur 1 strichpunktiert angegebenen Stellungen eingeführt. In dieser Stellung befinden sich die stromabwärtigen Enden der Klappen 30 in der Nähe der stromaufwärtigen Lippe des zylindrischen Körpers 36, und in der Praxis können sie diese stromaufwärtige Lippe sogar überlappen. Dabei ist es wesentlich, daß ein Kanal geschaffen wird, der sich vom Zusatzlufteinlaß 26 nach der stromabwärtigen Lippe des zylindrischen Bauteiles 36 erstreckt, so daß die Zusatzluft zwischen den Wellungen 40 des zylindrischen Körpers hindurchgezwängt wird und mit Gebläseluftströmungen in Verbindung gelangt, wobei die Heißgase durch die Wellungen gedrückt v/erden und hierdurch eine wirksame Vermischung der drei Strömungen stattfindet* bevor über den Abgaskanal 16 ein Ausblasen nach der Atmosphäre stattfindet.

Um eine Anpassung an die drei Strömungssituationen zu erreichen, wird die Querschnittsfläche der variablen Düse 32 vergrößert, indem die Klappen 3^ nach außen geschwenkt werden, wodurch außerdem eine ringförmige Auslaßdüse bei 42 gebildet wird, die zusammen mit der vergrößerten Fläche der Düse 32 eine genügend große Querschnittsfläche bildet, um den erwünschten Vortriebseffekt aus den Strömungen abzuleiten.

Das hier beschriebene Triebwerk kann zum Antrieb eines Flugzeuges benutzt werden, und während des Betriebes des Flugzeugs können die Klappen 28, 30 und 34 durch den Flugzeugführer in Stellungen gebracht werden, in denen für eine gegebene Flugbedingung die optimale Triebwerkslärmabschwächung erfolgt.

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Wenn sich das Flugzeug beispielsweise im Reiseflug befindet, wären die Klappen so zu stellen, daß Zusatzluft vom Abgaskanal 16 ferngehalten wird und die Düse J52 ist an ihrer kleinsten Querschnittsfläche,wie voll ausgezogen in Figur 1 dargestellt, einzustellen. Hierbei wird die geringste Geräuschabs chwächung erlangt, aber dies ist nicht wichtig, weil sich das Flugzeug bereits in einer Reiseflughöhe befindet. Außerdem strömt im wesentlichen die gesamte Gebläseluft zwischen den Wellungen ab, wodurch eine Rezirkulation bzw. Rückströmung heißer Gase in diese Räume verhindert wird. Wenn dagegen das Flugzeug startet oder landet, werden sämtliche Klappen in die strichpunktiert angedeuteten Stellungen (Figur 1) überführt, was zur Folge hat, daß eine maximale Vermischung heißer und kalter Strömungen erlangt wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der heißen Gase herabgemindert, was wiederum eine maximale Geräuschminderung zur Folge hat.

Die Innenwand des Gehäuses 14 und des Abgaskanals 16 können mit Schallabsorptionsmaterial ausgekleidet sein, um den Triebwerkslärm weiter abzuschwächen.

Patentansprüche :

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

l.j Abgasströmungskanal für ein Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk mit einem abschließbaren Zusatzlufteinlaß an einer Stelle über der Länge des Kanals und mit einer Strömungsmischvorrichtung stromab des Zusatzlufteinlasses, wobei die Strömungsmischvorrichtung einen zylindrisch innerhalb des Abgaskanals liegenden zylindrischen Körper aufweist, der im radialen Abstand zu der Kanalwandung liegt und an seinem stromabwärtigen Umfang mit sternförmigen Wellungen ausgestattet ist,

dadurch gekennzeichn et, daß die Wellungen (40) derart angeordnet sind, daß während einer Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) die Wellungen (40) nur Umgebungsluft, die über den Zusatzlufteinlaß (26) eingetreten ist, zwischen sich führen, während in einer weiteren Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) eine Mischströmung aus Gebläseluft und Heißgas die Wellungen durchströmt, wobei die Umgebungsluft abgesperrt ist und die Wellungen (40) zwischen sich Gebläseluft aus dem Mantelstrom (12) erhalten, mit der in beiden Betriebsarten der Abgasströmungskanal (16) in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet ist.

2. Abgaskanal nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (36) im AbgasStrömungskanal (16) angeordnet ist, daß beim Einbau des Abgaskanals (16) in einem Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk die Mischvorrichtung (36) axial im Abstand zu dem Kerngasgenerator (10) stromab desselben angeordnet ist.

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3. Abgasströmungskanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klappen (28, 30) zum öffnen und Schließen des Zusatzlufteinlasses (26) vorgesehen sind, um die beiden Betriebsarten des Abgasströmungskanals (16) einstellen zu können.

h. Mantelstrom-Gasturbinentriebwerk mit einem Abgasströmungskanal, in dem ein abschließbarer Zusatzluft einlaß angeordnet ist, der dadurch gekennzeichnet ist,

daß er eine im wesentlichen zylindrische Strömungs-Mischvorrichtung (36) besitzt, die koaxial im Abgasströmungskanal (l6) im radialen Abstand stromab des Zusatzlufteinlasses (26) angeordnet ist, wobei die Mischvorrichtung (36) einen mit Wellungen versehenen stromabwärtigen Umfang (40) aufweist, und zwischen den Wellungen (kO) bei einer Betriebsart des Abgasströmungskanals Umgebungsluft über den Zusatzlufteinlaß (26) strömt, während zwischen den Wellungen (40) in einer weiteren Betriebsart des Abgasströmungskanals (16) Gebläseluft aus dem Mantelstromkanal hindurchtritt, die vom Gebläse (12) verdichtet wurde.

5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (36) im axialen Abstand vom Kerngasgenerator (10) stromab von diesem angeordnet ist.

6. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klappen (28, 30) vorgesehen sind, um den Zusatzlufteinlaß (26) zu öffnen und zu schließen und hierdurch die verschiedenen Betriebsarten einzustellen.

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