DE2658796A1

DE2658796A1 - Auxiliary gas turbine for aircraft - has axial flow high and low pressure compressors and turbines on separate shafts

Info

Publication number: DE2658796A1
Application number: DE19762658796
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Techn Hagen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1978-06-29

Abstract

The low pressure compressor (11) is fitted to a shaft (10) at an axial distance from a low pressure turbine (12). The high pressure compressor (14) and the high pressure turbine (15) are fitted between the low pressure compressor and turbine on a coaxial shaft (13) surrounding the first shaft (10). The flow direction is axial with the burner (21) arranged between the high pressure compressor (14) and high pressure turbine (15). Air is taken from the two compressors via a regulator valve (23). The low pressure shaft (10) turns an electric generator (24) and the low pressure turbine is provided with a silencer (26).

Description

Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere Gas turbine auxiliary engine, in particular

eines Flugzeugs Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere eines Flugzeugs, mit Wellenleistungsabgabe und Druckluftabgabe. of an aircraft The invention relates to a gas turbine auxiliary engine, in particular of an aircraft, with shaft power output and compressed air output.

Dieses Gasturbinenhilfstriebwerk dient im allgemeinen dem Antrieb und der Versorgung von Hilfsaggregaten. Z. B. wird von diesem Triebwerk, wenn es in einem Flugzeug vorgesehen ist, auf einem Flugplatz insbesondere Wellenleistung und Druckluft (Nutzdruckluft), jedoch im Flug im allgemeinen nur oder in erster Linie Wellenleistung benötigt. Die Wellenleistung dient 2. B. dem Antrieb von Olpumpen und elektrischen Stromerzeugern, aber auch von anderen Arbeitsmaschinen. Die Druckluft wird z. B.This auxiliary gas turbine engine is generally used for propulsion and the supply of auxiliary equipment. E.g. this engine will if it is provided in an aircraft, in particular wave power at an airfield and compressed air (useful compressed air), but generally only or primarily in flight Line shaft power needed. The shaft power is used, for example, to drive oil pumps and electrical power generators, but also from other work machines. The compressed air is z. B.

f<1r eine Anlasserlage und eventuell ftlr Xabinenbeheizung benötigt. Die Bodenseiten (auf dem Flugplatz) sind relativ groß, so daß die Betriebsseiten der Hilfsaggregate im Vergleich ZU denen der Haupttriebwerke recht groß sein können.Required for a starter and possibly for cabin heating. The bottom sides (on the airfield) are relatively large, so the operating sides the auxiliary units can be quite large compared to those of the main engines.

Es ist durch die DT-AS 17 51 851 eine Gasturbinenanlage (Einwellentriebwerk) zur Erzeugung von mechanischer Energie und Nutzdruckluft mit einer mit der Gasturbinenwelle verbundenen, durch überschüssige Druckluft antreibbaren Luftturbine (Kaltluftturbine) bekannt. Dort ist zwischen einem Niederdruckteil und einein Hochdruckteil eines Verdichters der Gasturbinenanlage, welcher Verdichter auf der Gasturbinenwelle sitzt, eine Nutzdruckluftleitung angeschlossen, die ein Druckluftdurchsatzeinstellventil aufweist und von der eine zur Luftturbine führende, durch ein weiteres Ventil absperrbare Leitung abzweigt. Die Luftturbine ist mit der Gasturbinenwelle über ein Getriebe aus drei Stirnzahnrädern verbunden, wobei die Gasturbinenwelle abtriebsseitig, die Luftturbinenwelle antriebsseitig und die Welle einer Arbeitsmaschine antriebsseitig jeweils mit einem der drei Stirnzahnrader verbunden sind. Die entnommene Leistung wird also der Anlage wieder zugeführt und ergibt eine geringere Turbineneintrittstemperatur; damit verbunden ist ein geringerer Brennstoffverbrauch.The DT-AS 17 51 851 makes it a gas turbine system (single shaft engine) for generating mechanical energy and useful compressed air with a gas turbine shaft connected air turbine that can be driven by excess compressed air (cold air turbine) known. There is one between a low pressure part and a high pressure part Compressor of the gas turbine system, which compressor sits on the gas turbine shaft, a useful compressed air line is connected, which has a compressed air flow rate adjustment valve has and from which one leading to the air turbine, can be shut off by a further valve Line branches off. The air turbine is connected to the gas turbine shaft via a gearbox connected from three spur gears, the gas turbine shaft on the output side, the Air turbine shaft on the drive side and the shaft of a working machine on the drive side are each connected to one of the three spur gears. The withdrawn power is thus fed back into the system and results in a lower turbine inlet temperature; associated with this is lower fuel consumption.

Nachteilig ist dabei, daß ein zusätzliches Ventil benötigt wird, mit dem man die Drosselregelung der Kaltluftturbine vornimmt.The disadvantage here is that an additional valve is required with which is used to regulate the throttle of the cold air turbine.

Da ferner noch ein weiteres Abblaseventil für die Pumpverhütung eingebaut werden muß und alle dies Ventile in die Regelung einbezogen werden müssen, ist elntnicht unbeträchtlicher Aufwand mit der Brennstoffeinsparung verbunden. Auch baulich ist die Unterbringung der Kaltluftturbine nicht einfach. Auch vergrößert die Kaltluftturbine das Bauvolumen des Aggregats.Since there is also another blow-off valve installed to prevent pumping must be and all these valves must be included in the control, is not inconsiderable effort associated with fuel saving. The installation of the cold air turbine is also not easy structurally. Also enlarged the cold air turbine the overall volume of the unit.

Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, eine Brennstoffeinsparung zu erreichen, ohne daß solch Aufwand getrieben werden muß.The object according to the invention is to achieve fuel savings, without having to make such an effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gasturbinenhilfstriebwerk ein Zweiwellentriebwerk mit einem Niederdruckverdichter und einer Niederdruckturbine auf einer gemeinsamen ersten Welle, mit einem Hochdruckverdichter und einer Hochdruckturbine auf einer gemeinsamen zweiten, getrennt gelagerten Welle und mit einer strömungsmäßig zwischen diesen beiden Hochdruckströmungsmasohinen vorgesehenen Brennkammer ist und mit einer regelbaren Luftentnahme zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter ausgestattet ist.This object is achieved according to the invention in that the gas turbine auxiliary engine a twin-shaft engine with a low-pressure compressor and a low-pressure turbine on a common first shaft, with a high pressure compressor and a high pressure turbine on a common second, separately mounted shaft and with one flow-wise is provided between these two high pressure flow machines combustion chamber and with an adjustable air take-off between the low-pressure compressor and the High pressure compressor is equipped.

Der Niederdruckverdichter ist in der Beschaufelung identisch mit dem Verdichter der genannten bekannten Gasturbinenanlage bis zur Entnahmestelle, Angetrieben wird der Niederdruckverdichter von der Niederdruckturbine. Auf der zweiten Welle schließt an den Niederdruckverdichter der ffochdruckverdichter an, der von der Hochdruckturbine angetrieben wird. Die nach dem Abblasen zur Verfügung stehende Luft wird im Hochdruckverdichter verarbeitet und über eine Brennkammer zur Hochdruckturbine geführt. Die Auslegung erfolgt für den Fall, bei dem Luft hinter dem Niederdruckverdichter entnommen wird. Die verbleibende Luft des Systems wird im Hochdrucksystem weiter benutzt, um den thermischen Wirkungsgrad durch die Anwendung eines höheren Druckverhältnisses zu verbessern. Wird keine Druckluft entnommen, dann nimmt die Drehzahl des Hochdrucksystems zu, wodurch ein größerer Durchsatz aufgenommen werden kann.The blading of the low-pressure compressor is identical to that Compressor of the known gas turbine system mentioned up to the extraction point, driven becomes the low pressure compressor from the low pressure turbine. On the second wave connects to the low-pressure compressor, the high-pressure compressor, that of the high-pressure turbine is driven. The air available after the blow-off is in the high-pressure compressor processed and passed through a combustion chamber to the high-pressure turbine. The design is made for the case in which air is withdrawn from behind the low-pressure compressor. The remaining Air from the system is used in the high pressure system to increase thermal efficiency by using a higher pressure ratio. Will no compressed air removed, then the speed of the high pressure system increases, creating a greater Throughput can be added.

Da der Energiehaushalt der Hoohdruckseite sich automatisch einstellt, kann ohne Betätigung von Ventilen die Anpassung an die Druckluftentnahme vorgenommen werden. Der Regler des Triebwerks stellt so wie beim Einwellentriebwerk durch die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer die Drehzahl des Niederdruckläufers ein.Since the energy balance on the high pressure side adjusts itself automatically, can be adapted to the compressed air extraction without actuating valves will. As in the case of a single-shaft engine, the regulator of the engine provides through the Fuel supply to the combustion chamber the speed of the low-pressure rotor.

Als Vorteile sind noch das Wegfallen zusätzlicher Ventile und ein kleiner Einbaudurchmesser hervorzuheben. Durch die Zweiwellenbauart erspart man auch das sonst notwendige Abblaseventil zur Pumpverhütung. Die Einsparung an Brennstoffverbrauch ist im allgemeinen mindestens so groß wie bei der genannten bekannten Anlage, da die Strdmungstsschinen des Hochdrucklaufers günstiger ausgebildet sein können als die Kaltluftturbine, bei der Rohrleitungs- und Drosselverluste an den Ventilen bertoksiahtlgt werden müssen.The advantages are the elimination of additional valves and a small installation diameter to be emphasized. The two-shaft design saves you also the otherwise necessary blow-off valve to prevent pumping. The saving in fuel consumption is generally at least as large as in the known system mentioned, there the flow lines of the high pressure runner can be designed more favorably than the cold air turbine, in which pipeline and throttle losses at the valves increase Need to become.

Es ist von Vorteil, daß der Regler des Triebwerks durch Bemessung der in die Brennkammer eingespritzten Brennstoffmenge die Drehzahl des Niederdruckläufers konstant hält.It is advantageous that the regulator of the engine by sizing the amount of fuel injected into the combustion chamber is the speed of the low-pressure rotor keeps constant.

Die Verbraucher mechanischer Leistung verlangen im allgemeinen eine konstante Drehzahl des Aggregats. Insbesondere wird vom Niederdruckläufer Leistung entommen. Im allgemeinen sind der Niederdruckläufer und der Hochdruckläufer koaxial mit umeinanderliegenden genannten Wellen angeordnet, wobei die vier genannten Strömungsmaschinen axial in der Reihenfolge Niederdruckverdichter - Hochdruckverdichter - Hochdruckturbine -Niederdruckturbine aufeinanderfolgend angeordnet sind und in dieser Reihenfolge durchströmt werden. Es kann von Nutzen sein, wenn strömungsm&ßig hinter dem Hochdruckverdichter eine weitere Luftentnahme erfolgt. Diese Hochdruckentnahmeluft kann vorteilhafterweise mit Hilfe eines Ejektors zur Druck- und Temperaturerhbhung der Niederdruckluft herangezogen werden. Insbesondere ist dann ein Regelventil für die Hochdruckentnahmeluft vorgesehen.The consumers of mechanical power generally demand one constant speed of the unit. In particular, the low-pressure rotor makes performance taken from. In general, the low pressure rotor and the high pressure rotor are coaxial arranged with surrounding shafts, said four said turbomachines axially in the order low-pressure compressor - high-pressure compressor - high-pressure turbine -Low pressure turbines are arranged one after the other and in this order are flowed through. It can be of use if downstream of the High pressure compressor another air extraction takes place. This high pressure extraction air can advantageously with the help of an ejector to increase pressure and temperature the low pressure air can be used. In particular, a control valve is then for the high pressure extraction air is provided.

In der Zeichnung. ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasturbinenhilfstriebwerks schematisch dargestellt.In the drawing. is an embodiment of the invention Gas turbine auxiliary engine shown schematically.

Auf einer Welle 10 sitzen ein Niederdruckverdichter 11 und mit axialem Abstand von diesem eine ihn antriebende Niederdruckturbine 12. Auf einer zwischen dem Niederdruckverdichter 11 und der Niederdruckturbine 12 vorgesehenen Hohlwelle 13 sitzen ein Hochdruckverdichter 14 und eine diesen antreibende Hochdruckturbine 15. Die beiden Welleh 10 und 13 liegen koaxial, wobei die Hohlwelle 13 die Welle 10 umgibt.On a shaft 10 sit a low-pressure compressor 11 and with an axial Distance from this is a driving low-pressure turbine 12th On one provided between the low-pressure compressor 11 and the low-pressure turbine 12 Hollow shaft 13 is seated by a high-pressure compressor 14 and a high-pressure turbine driving it 15. The two shafts 10 and 13 are coaxial, the hollow shaft 13 being the shaft 10 surrounds.

Die beiden Läufer 10, 11, 12 und 13, 14, 15 sind koaxial angeordnet. Die vier Strömungimaschinen 11, 14, 15 und 12 sind axial in dieser Reihenfolge (11 - 14 - 15 - 12) aufeinanderfolgend angeordnet, und sie werden auch in dieser Reihenfolge durchströmt - siehe die die Strömungsrichtungen angebenden Pfeile 16 bis 20. Strömungsmaßig zwischen dem Hochdruckverdichter 14 und der Hochdruckturbine 15 befindet sich eine Brennkammer 21. Strömungsmlßig zwischen dem Niederdruckverdichter 11 und dem Hochdruckverdichter 14 ist eine regelbare Luftentnahme - siehe den Pfeil 22 - mit einem zugehörigen Ventil 23 vorgesehen. Vom Niederdruckläufer 10, 11, 12 ist Leistung bzw. Nutzleistung entnehmbar, wozu dieser einen elektrischen Generator 24 antreibt. Die Austrittsgase - siehe den Pfeil 25 - der Niederdruckturbine 12 strömen durch einen Schalldämpfer 26.The two rotors 10, 11, 12 and 13, 14, 15 are arranged coaxially. The four fluid machines 11, 14, 15 and 12 are axial in this order (11 - 14 - 15 - 12) arranged one after the other, and they are also in that order flows through - see arrows 16 to 20 indicating the directions of flow between the high pressure compressor 14 and the high pressure turbine 15 is a Combustion chamber 21. Fluidly between the low pressure compressor 11 and the high pressure compressor 14 is a controllable air extraction - see arrow 22 - with an associated one Valve 23 is provided. From the low-pressure rotor 10, 11, 12 is power or useful power can be seen, for which purpose it drives an electrical generator 24. The exit gases - see arrow 25 - the low-pressure turbine 12 flow through a silencer 26th

Claims

Claims 9 auxiliary gas turbine engine, in particular of an aircraft, with shaft power output and compressed air output, characterized in that the auxiliary gas turbine engine a twin-shaft engine with a low-pressure compressor (11) and a low-pressure turbine (12) on a common first shaft (10), with a high-pressure compressor (14) and a high pressure turbine (15) on a common second, separately mounted Shaft (13) and with a flow between these two high pressure fluid machines (14, 15) provided combustion chamber (21) and with a controllable air extraction (22, 23) between the low-pressure compressor (11) and the high-pressure compressor (14) Is provided.

2. Gas turbine auxiliary engine according to claim 1, characterized in that that its regulator by measuring the amount of fuel injected into the combustion chamber (21) keeps the speed of the low-pressure rotor (10, 11, 12) constant.

3. Gas turbine auxiliary engine according to claim 1 or 2, characterized in that that the low-pressure rotor (10, 11, 12) and the high-pressure rotor (13, 14, 15) are coaxial are arranged with surrounding shafts (13, 10) and thereby the four mentioned flow machines axially in the order low-pressure compressor (11) - High pressure compressor (14) - High pressure turbine (15) - Low pressure turbine (12) are arranged consecutively and are flowed through in this order.

4. A gas turbine auxiliary engine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that from the low-pressure rotor (10, 11, i; 2) power is taken.

5. Gas turbine auxiliary engine according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized characterized in that after the high-pressure compressor (14), a further air extraction he follows.

6. Auxiliary gas turbine engine according to claim 5, characterized in that that the high pressure extraction air with the help of an ejector to increase pressure and temperature the low pressure air is used.

7. Gas turbine auxiliary engine according to claim 5 or 6, characterized in that that another control valve is provided for the high pressure extraction air.