DE2801374C2

DE2801374C2 - Gasturbinentriebwerk mit Heckgebläse

Info

Publication number: DE2801374C2
Application number: DE2801374A
Authority: DE
Inventors: Leonard Stanley Alveston Bristol Snell
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-01-19
Filing date: 1978-01-13
Publication date: 1982-02-25
Also published as: US4183210A; IT7819442A0; JPS53112319A; IT1092531B; FR2378182A1; FR2378182B1; GB1551881A; DE2801374A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem solchen Triebwerk wird das Heckgebläse mit zwei verschiedenen Arbeitsmitteln gespeist, nämlich dem Abgas des Gaserzeugers und der Sekundärluft, deren Drücke stark voneinander verschieden sind. Es Stellt sich daher bei solchen Triebwerken das Problem, wie sich trotz der unterschiedlichen Drücke der beiden Arbeitsmittel ein effektiver Betrieb des Heckgebläs"s erzielen läßt.

Bei einem aus der DE-OS 24 22 105 bekannten Triebwerk der eingangs genannten Gattung ist zu diesem Zweck eine sich von der radial inneren ßegrenzungswand bis zur radial äußeren Begrenzungswand des Gebläsekanals erstreckende Strömungsmilcheinrichtung vorgesehen, die eine vollständige Durch-Inischung von Abgasstrom und Sekundärluftstrom bzw. eine vollständige Expansion und Diffusion des Abgasttromes in den Sekundärluftstrom hinein herbeiführen und dadurch eine gleichförmige radiale Druckverteilung Im Eintrittsquerschnitt des Heckgebläses herstellen soll.

Diese bekannte Anordnung führt jedoch noch nicht tu optimalen Ergebnissen, da wegen der von radial innen nach radial außen zunehmenden Schaufelumlangsgeschwindigkeit im Schaufelspitzenbereich eine »elativ starke und im Nabenbereich nur eine relativ lchwache Verdichtung des in das Gebläse eintretenden Gasstromes erfolgt. Daher ist das erzielte Druckverhält* nis im Schaufelspitzenbereich wesentlich höher als im Nabenbereich,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, den Wirkungsgrad des Heckgebläses dadurch zu Verbessern, daß die radiale Auslaßdruckvefteilüng über dem Cebläseäüsläßquefschnitt gleichmäßigef gemacht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst

Damit wird im Eintrittsquerschnitt des Heckgebläses ein radiales Druckgefälle aufrechterhalten und infolge der von radial innen nach radial außen zunehmenden Schaufelumfangsgeschwindigkeit eine Verdichtung der Gaseintrittsströmung zum Heckgebläse auf einen über dem Radius des Gebläses im wesentlichen konstanten

ίο Druck im Austrittsquerschnitt des Gebläses erreicht, wodurch der Gebläsewirkungsgrad verbessert wird.

Mit der teilweisen Strömungsmischung nur im Berührungsbereich zwischen Abgasstrom und Sekundärluftstrom wird erreicht, daß die radiale Druckvertei-

ΙΊ lung im Eintrittsquerschnitt des Gebläses keinen abrupten Sprung aufweist, sondern ourch ein etwa kontinuierliches Druckgefälle von innen nach außen charakterisiert ist

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung bei einem Gasturbinentriebwerk mit als Mantelstromtriebwerk ausgebildetem Gaserzeuger ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 im Axialhalbschnitt ein Gasturbinentriebwerk mit als Einstromtriebwerk ausgebildetem Gaserzeuger und Heckpebläse,

Fig. 2 ein Gasturbinentriebwerk mit einem als Mantelstromtriebwerk ausgebildetem Gaserzeuger und Heckgebläse, und

F i g. 3 eine grafische Darstellung des Gebläsedruckantriebs über dem Heckgebläseaustrittsquerschnitt.
Das in F i g. I dargestellte, mittels eines Pylons 11 am Tragflügel 10 eines Flugzeugs aufgehängte Triebwerk weist einen Gaserzeuger 12 mit einem mehrstufigen Verdichter 20, einer Brenneinrichtung 21 und einer Turbine 22 auf. der Treibgas zum Antrieb einer mehrstufigen GebläseantriebsUirbine 13 liefert, die über eine Welle 15 mit einem K-;rkgebläse großen Durchmessers verbunden ist. Die Gebläseantriebsturbine 13 bildet zusammen mit dem Heckgebläse 14 eine Baugruppe 16, die mit dem Gaserzeuger 12 nicht mechanisch gekuppelt ist.

Das Gebläse 14 befindet sich stromab der Gebläseantriebsturbine 13. so daß der Turbinenabgasstrom durch das Gebläse hindurchströmt. Außerdem saugt das Gebläse Luft durch einen Gebläsekanal 17 an. Eine Strömungsmischeinrichtung 18 bewirkt eine gewisse Vermischung des Abgasstromes und des durch den Gebläsekanal geförderten Sekundärluftstromes im Berührungsbereich zwischen diesen beiden Strömungen, bevor sie das Gebläse 14 erreichen.

Der Läufer des Gaserzeugers 12 ist in Lagern 23 und 24 gelagert, die in einem Strömungsteilerkörper 25 abgestützt sind, der seinerseits mittels Streben 26 vom Pylon 11 getragen wird und die Luftanströmung des Triebwerks in einen in den Gaserzeuger 12 eintretenden Teilstrom und einen in den Gehläsekanal 17 eintretenden Teilstrom aufteilt. Der Gebläsekana! 17 ist von einem äußeren Mantel 27 umschlossen.

Die aus der Gebläseantriebsturbine 13 und dem Gebläse 14 sowie der diese miteinander verbindenden Welle 15 gebildete Baugruppe 16 ist in zwei Lagern 30 und 31 gelagert, Von denen das vordere Lager 30 in gleicher Weise wie das Lager 24 des Gaserzeugers in der feststehenden Konstruktion abgestützt und das hintere Lager 31 über eine Anzahl von Streben 32 mit

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Tragflügelprofil am Gebläsemantel 27 abgestützt ist Stromab der Streben 32 läuft die innere Strömungskanalwand in einem abgerundetem Konus 33 aus und der Gebläsemantel 27 endigt stromabseitig in einer Verstelldüse 34.

Bekanntermaßen ist bei Gebläsen großen Durchmessers das an den Schaufelspitzen erzielbare Druckverhältnis höher als das im Nabenbereich erzielbare Druckverhältnis, was seine Ursache in der höheren Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelspitzen hat F i g. 3 zeigt den Druckanstieg über den Gebläsequerschnitt. Der Druckanstieg über dem Strömungsquerschnitt eines ummantelten Gebläses, das nur mit einem Luftstrom gespeist wird, ist durch die Linie 51 in F i g. 3 dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß der Druckanstieg an den Schaufelspitzen am größten ist.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht einen gewissen Ausgleich des Druckanstiegs über dem Strömungsquerschnitt des ummantelten Gebläses. Das aus der Gebläseantriebsturbine 13 ausströmende Abgas befindet sich unter einem höheren Druck als die durch den Gebläsekanai 17 angesaugte Luft, welche die äußeren Bereiche des Gebläses 14 anströ.iit In der Strömungsmischeinrichtung 18 findet eine gewisse Vermischung der heißen Turbinenabgasströmung mit kalter Luft statt, und dieses vom radial inneren, nabennahen Bereich der Gebläsebeschaufelung geförderte Strömungsgemisch erreicht die stromabwärtige Gebläseseite mit einem Druck, der sich aus dem Druck an der Gebläseeinlaßseite und dem über der Gebläsenabe stehenden Druckverhältnis ergibt Der Druck dieses Strömungsgemisches an der Gebläseeintrittsseite ist in F i g. 3 durch die Linie 52 dargestellt. Der schraffierte Bereich 53 zeigt den Auslaßdruck der Gebläseantriebsturbine 13. Da der Eintrittsdruck des Abgasstromes an der Nabe höher als der Eintrittsdruck der Luft an den Schaufelspitzen des Gebläses ist, entspricht der Austrittsdruck im Nabenbereich besser dem Austrittsdruck im Schaufelspitzenbereich, so daß ein gleichförmiger Förderdruck über dem Austrittsquerschnitt des Gebläses erzielt wird. Dies geht aus Fig. 3 hervor, da man, wenn man den durch die Linie 52 dargestellten Druckanstieg zu dem durch die Linie 51 dargestellten

in Druckanstieg hinzuaddiert, als resultierenden Druckanstieg einen gleichförmigeren Gebläseauslaßdruck erhält, d.h. der resultierende Druckanstieg über den Austrittsquerschnitt des Gebläses entspricht besser dem idealen gleichförmigen Auslaßdruckanstieg, der durch die gerade Linie 54 angedeutet ist.

F i g. 2 zeigt ein Triebwerk, das sich von dem in F i g. 1 gezeigten Triebwerk dadurch unterscheidet, daß der Gaserzeuger 12 als Mantelstromtriebwerk ausgebildet ist und ein zusätzliches Frontgebläse 41 mit niedrigem Bypass-Verhältnis aufweist, das Luft nicht nur in den Verdichter 20 des Gaserzeugers, sondern auch in einen zwischen diesem und dem Gebläsekanal 17 gelegenen Mantelstromkanal 40 hineinfördert. Das Frontgebläse 41 wird von einer eigenen Turbine 42 angetrieben, welcher die Gebläseantriebsturbine strömungstechnisch nachgeschaltet ist

Bei der Anordnung nach F i g. 2 sind zwei Strömungsmischeinrichtungen 18 vorgesehen, von denen die eine eine gewisse Durchmischung des Abgasstromes mit dem Luftstrom aus dem Mantelstromkanal 40 und die andere eine gewisse Durchmischung des Luftstromes aus dem Mantelstromkanal 40 mit dem Luftstrom im Gebläsekanal 17 herbeiführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit einem aus Verdichter, Verbrennungseinrichtung und Turbine bestehenden Gaserzeuger, einer der Turbine nachgeschalteten Gebläseantriebsturbine und einem mit dieser über eine Welle verbundenen Heckgebläse, das in einem den Abgaskanal der Gebläseantriebsturbine und einen diesen koaxial umgebenden Sekundärluftkanal vereinigenden Gebläsekanal angeordnet ist, und mit einer am stromabwärtigen Ende der Außenwand des Abgaskanals vorgesehenen Strömungsmischeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmischeinrichtung (18) derart ausgelegt ist, daß eine Strömungsvermischung im wesentlichen nur im Berührungsbereich zwischen dem Sekundärluftstrom und dem Abgasstrom unter Aufrechterhaltung eines radialen Druckgefälles im Gebläseeintrittsquerschnitt stattfindet.

2. Gassurbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaserzeuger als Mantelstromtriebwerk ausgebildet ist, wobei der Mantelstromkanal (40) auch die Gebläseantriebsturbine (13) und den Abgaskanal umhüllt und etwa in der selben Radialebene des Gasturbinentriebwerks wie der Abgaskanal endet, und daß am stromabwärtigen Ende der Außenwand des Mantelstromkanals (40) ebenfalls eine Strömungsmischeinrichtung (18) vorgesehen ist.