DE2824013A1

DE2824013A1 - Gasturbinentriebwerk mit regulierbarer leistung

Info

Publication number: DE2824013A1
Application number: DE19782824013
Authority: DE
Inventors: Edward David Sailer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1978-12-14
Also published as: NO154736B; IL54491A0; IT1095030B; NO154736C; FR2393159A1; IT7824100A0; JPS5416014A; GB1594659A; US4157010A; NO781922L; FR2393159B1; IL54491A; JPS6146656B2

Description

Gasturbinentriebwerk mit regulierbarer Leistung

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf eine preiswerte Einrichtung zum Vergrößern der Leistungsabgabe von Gasturbinentriebwerken bei niedrigen Umgebungseinlaßtemperaturen.

Die Gasturbinentriebwerk-Leistungsabgabe steht in einer Beziehung mit der Temperatur der in den Kompressorteil des Triebwerks eintretenden Umgebungsluft. In typischer Weise steigt die Leistungsabgabe bei der Turbineneinlaßnenntemperatur, wenn die Umgebungstemperatur abnimmt. Jedoch kann bei einer festgesetzten niedrigeren Temperaturgrenze (die * sich mit jeder Triebwerksauslegung ändert) die Leistungsabgabe zu steigen aufhören und tatsächlich abnehmen. Es ist in modernen Gasturbinentriebwerken, insbesondere solchen vom Turbowellen-Typ (turboshaft variety), die für industrielle oder Schiffsanwendungen in kalten Klimabereichen benutzt werden, höchst erwünscht, den Beginn der Leistungsabnahme mit abnehmender Temperatur zu verhindern und den Trend tatsäch-Iich umzukehren, wenn dieses möglich ist.

Das Problem beruht auf den den Komponenten eines Gasturbinentriebwerks, insbesondere des Kompressorsund der Turbine, anhaftenden Eigenschaften. Der Kompressor ist durch die Größe des

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korrigierten Einlaßstroms beschränkt, den er hindurchleiten kann, wobei der korrigierte Einlaßstrom gleich dem physikalischen Massenstrom mal einem Faktor ist, der proportional zur Quadratwurzel der Umgebungseinlaßtemperatur ist (und anderen Faktoren, die für die Zwecke der vorliegenden Erörterung belanglos sind). In einem Kompressor wird die Grenze des korrigierten Stroms normalerweise durch Begrenzen der korrigierten Drehzahl des Kompressors gesteuert. Ferner ist die bedeutende Drehzahlcharakteristik eines Gasturbinentriebwerk-Kompressors seine korrigierte Drehzahl, die seiner durch einen Faktor geteilten physikalischen bzw. körperlichen Drehzahl entspricht, wobei der Faktor proportional zur Quadratwurzel von Umgebungseinlaßtemperaturen ist. Andererseits ist die Turbine durch einen tatsächlichen physikalischen Temperaturwert beschränkt, der von den Eigenschaften der Materialien, aus denen die Turbine hergestellt ist, und von den gegebenenfalls angewendeten Kühlsystemen abhängt.

Wenn während des Betriebes die Umgebungseinlaßtemperaturen abnehmen und die korrigierte Drehzahl vergrößert wird (beispielsweise durch eine Vorwärtsbewegung bzw. ein beschleunigendes Betätigen des Gashebels), um die maximal bemessene Turbineneinlaßtemperatur aufrechtzuerhalten, erfolgt ein schnelles Ansteigen des korrigierten Kompressorstroms und des physikalischen Massenstroms, bis die Strömungsgrenze erreicht ist. Somit erfolgt ein Ansteigen der Leistung, die eine Funktion der Turbineneinlaßtemperatur und des Massenstroms ist. Über dieser Strömungsgrenze kann jedoch ein Betriebsabriß des Kompressors auftreten. Deshalb muß bei noch niedrigeren Einlaßtemperaturen die physikalische Triebwerksdrehzahl reduziert werden, um den maximalen Kompressorstrom und den Abrißt Spielraum (stall margine) aufrechtzuerhalten, was wiederum zu einem Reduzieren der Turbineneinlaßtemperatur auf einen kleineren als den Nennwert führt und eine Verminderung der Leistungsabgabe 'ergibt. Das Problem besteht nun darin, wie die Turbineneinlaßnenntemperatur bei maximalem Kompressorstrom zum Vergrößern der Leistungsabgabe bei niedrigen Umgebungseinlaßtemperaturen aufrechterhalten werden kann. Mit anderen Worten besteht das Problem, wie die Strönungs -Temperatur-Beziehung des Gasturbinentriebwerks verändert werden kann, um die Leistungsabgabe zu regulieren, insbesondere bei niedrigen Umgebungaeinlaßtemperaturen.

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In der Vergangenheit wurden Lösungen für dieses Problem vorgeschlagen. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, zumindest einen Teil der heißen Turbinenabgase in den Kompressoreinlaß zurückzuleiten, um hierdurch die Einlaßtemperatur anzuheben und die Leistung bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu vergrößern. Diese Methode kann jedoch keinen Leistungsgewinn bei niedrigen Temperaturen aufzeigen, da der physikalische Massenstrom durch das Triebwerk bei großen Lufteinlaßtemperaturen reduziert wird.

Im Falle eines Gasturbowellentriebwerks mit einem Kerntriebwerk und einer unabhängigen Leistungsturbine, die stromabwärts von dem Kerntriebwerk angeordnet und von den heißen Verbrennungsgasen angetrieben wird, könnte ein flächenvariabler Leistungsturbinen-Düsenzwischenboden (nozzle diaphragm) bekannter Art benutzt werden, um eine Änderung in den Strom-Temperatur-Eigenschaften des Kerntriebwerks zu bewirken. Eine solche Beeinflussung ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Gasturbinentriebwerke geläufig, und die benötigten Mechanismen müssen an dieser Stelle nicht detailliert erörtert werden. Dem Fachmann ist es jedoch auch klar, daß die Leistungsturbinen-Düsenflächenverminderung, die für einen Betrieb bei niedriger Temperatur erforderlich wäre, zu einem verminderten Kompressor-Abrißspielraum, zu möglichen großen Verschiebungen in den Kerntriebwerkrotor-Schubbelastungen und zu einer möglichen Verminderung der Leistungsturbinen-Leistungsfähigkeit führt. Außerdem würde eine flächenvariable Leistungsturbinendüse den im Zusammenhang mit einer Auslegung, Steuerung und Wartung des Triebwerks verbundenen Aufwand vergrößern.

Zwei andere Lösungen zum Erzielen einer größeren Leistung bei niedriger Temperatur würden darin bestehen, der Vorderseite des Kerntriebwerkkompressors eine zusätzliche Stufe hinzuzufügen (die gewöhnlich als 'Nullstufe¹ des Kompressors bezeichnet wird) und die Kerntriebwerkturbinendüse mit einer Flächenveränderbarkeit zu versehen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß gewichtsleichte Gasturbinentriebwerke für industrielle und Schiffsanwendungen gewöhnlich von verbesserten Flugzeuggasturbinentriebwerken abgeleitet sind und daß es vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit sowie der Zuverlässigkeit erwünscht ist, die Ausbildungsgemeinsamkeiten beizubehalten. Beide zuvor genannten Lösungen könn-

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ten zu einer faktischen Umgestaltung des Kerntriebwerks führen, und sie sind deshalb unerwünscht.

Es ist somit klar, daß keine der obigen Lösungen in vollständig zufriedenstellender Weise das bei niedriger Temperatur auftretende Leistungsabgabeproblem zu bewältigen vermag. Was benötigt wird, ist ein preiswertes, zuverlässiges und wirksames Vorfahren zum Vergrößern der Leistungsabgabe bei niedrigen Umgebungseinlaßtemperaturen .

Dementsprechend ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Einrichtung zum Regulieren des Leistungsabgabepegels eines Gasturbinentriebwerks zu schaffen.

Eine andere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Regeln der Leistungsabgabe eines Gasturbinentriebwerks.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Leistungsabgabe einer Gasturbinentriebwerk-Leistungsturbine bei niedrigen Werten der Umgebungseinlaßtemperatur zu vergrößern.

Kurz gesagt werden die obigen Ziele bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß ein Gasturbinentriebwerk mit einer Leistungsregulierungseinrichtung versehen wird, die einen Kanal bzw. eine Leitung zum Herumführen eines Teils der Kompressorablaßluft um den Brenner und zum Wiedereinführen des Teils in den Triebwerkleistungszyklus aufweist, wobei dieses Wiedereinführen stromabwärts von der den Kompressor antreibenden Turbine erfolgt. Im Fall eines Turbowellentriebwerks mit einem Kerntriebwerk und einer unabhängig angetriebenen Leistungsturbine wird der Bypassteil zwischen der Kerntriebwerkturbine und der Leistungsturbine wieder in den Zyklus eingeführt. Es wird ein Ventil benutzt, um die Menge des Bypassstroms zu regulieren, und bei höheren Kompressoreinlaßtemperaturen wird das Ventil geschlossen, so daß kein Bypassstrom fließen kann. Bei kalten bzw. niedrigen Einlaßtemperaturen kann das Ventil geöffnet werden, um den Bypassstrom fließen zu lassen, der notwendig ist, um die Kernturbineneinlaßtemperatur auf ihren Nennwert bei maximalem Kompressorstrom zu vergrößern oder auf diesem Wert zu halten. Wenn das Ventil geöffnet wird, muß der Treibstoffstrom vergrößert werden, um den Kompressorstrompegel aufrechtzuerhalten, was zu einer Ver-

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größerung der Kerntriebwerkturbineneinlaßtemperatur führt. Da der gesamte Kompressorstrom durch die Leistungsturbine gelangt und da seine mittlere Temperatur infolge des vergrößerten Treibstoffstromes angehoben wird, wird die an der Leistungsturbine erhältliche Leistung gegenüber dem Fall ohne Bypassstrom vergrößert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer zeichnerisch dargestellten Ausführungsform, die lediglich beispielhaften Charakter hat und in keiner Weise beschränken soll. Es zeigen: Figur 1 - in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht ein vereinfachtes Gasturbowellentriebwerk mit der Leistungsregulierungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - in einer graphischen Darstellung bestimmte Kompressorbeziehungen in einer Form, die gewöhnlich als Kompressorkarte bezeichnet wird,

Figur 3 - in einer graphischen Darstellung die Beziehungen zwischen der Triebwerksleistung und der Kompressoreinlaßumgebungstemperatur mit und ohne Einbau der vorliegenden Erfindung und
Figur 4 - in einer graphischen Darstellung die Veränderung der Turbineneinlaßtemperatur bei einem Betreiben des Triebwerks entsprechend der Beziehung aus Figur 3.

In den Figuren bezeichnen ähnliche Hinweiszahlen einander entsprechende Elemente. In Figur 1 ist allgemein bei 1o ein Gasturbinentriebwerk mit der erfindungsgemäßen Schubregulierungseinrichtung schematisch dargestellt. Dieses Triebwerk kann so betrachtet werden, daß es ein Kerntriebwerk 12 und eine unabhängige Leistungsturbine 14 aufweist. Das Kerntriebwerk enthält einen Axialstromkompressor 16 mit einem Schaufelrotor 18. Luft tritt in einen Einlaß 2o ein und wird von einem Kompressor 16 verdichtet sowie zu einem Brenner 22 abgelassen, wo sie mit Treibstoff gemischt und verbrannt wird, um hochenergetische Verbrennungsgase zu bilden, die die Kerntriebwerkturbine (vielfach als die Hochdruckturbine bezeichnet) 24 antreiben. Die Turbine 24 treibt ihrerseits über eine Welle 26 den Rotor 18 in der für ein Gasturbi-

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nentriebwerk üblichen Weise an. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann durch die Leistungsturbine 14, die hierdurch angetrieben wird und die ihrerseits über eine Leistungs- bzw. Antriebswelle 3o eine Energieentnahmevorrichtung (nicht dargestellt) antreibt. Durch die Wirkung der die Leistungsturbine 14 antreibenden heißen Verbrennungsgase wird somit Leistung erzielt. Die Verbrennungsprodukte werden dann gesammelt und durch eine Ablaßdüse 32 ausgestossen, die bei einigen Anwendungen eine Schubdüse sein kann. Die obige Beschreibung ist typisch für viele heutige Gasturbinentriebwerke und soll die vorliegende Erfindung in keiner Weise beschränken, da es aus der nachfolgenden Beschreibung leicht ersichtlich ist, daß die Erfindung auf irgendeine Gasturbomaschine anwendbar ist, sei es nun vom Turbostrahl-, Turboprop- oder Turbowellen-Typ. Die vorstehende Beschreibung der Betriebsweise des Triebwerks aus Figur 1 ist deshalb lediglich als beispielhaft für eine Anwendungsart aufzufassen.

Es wird nunmehr auf Figur 2 verwiesen, wo dargestellt ist, was gewöhnlich als eine Kompressorkarte bezeichnet wird. Wie im Fall von Figur 1 sollen sich die in Figur 2 dargestellten Beziehungen nicht auf irgendeinen bestimmten Kompressor beziehen, sondern einfach die Beziehungen gewisser Parameter darstellen, die allgemein bei irgendeinem Kompressor anwendbar sind. Grundsätzlich zeigt diese Kompressorkarte die Beziehung zwischen dem Druckanstieg am Kompressor und dem korrigierten Massenluftstrom durch den Kompressor. Als Druckanstieg wird hier das Verhältnis P3/P9 ^ezeichnet, wobei P₃ der Druck der von dem Kompressor abgelassenen Luft und P2 der Druck der in den Kompressor eintretenden Umgebungsluft sind. Auch weist der korrigierte Luftstrom den physikalischen Massenstrom χ / Θ-/S ₂ ^aur (das heißt Strom (korrigiert) = Strom (tatsächlich) ^ θ-/ <f?} hierbei sind θ₂ = Einlaßumgebungsbetriebstemperatur (T₂) geteilt durch eine Konstante und ef ₂ ⁼ Po 9^eteilt durch eine abweichende Konstante). Eine Abrißlinie (mit A bezeichnet) zeigt den für irgendeinen gegebenen Wert von P,/P- durch den Kompressor gelangenden minimalen Luftstrom, der erforderlich ist, um einen Ab£iß zu vermeiden. Irgendein Punkt über dieser Linie zeigt ein Kompressordruckverhältnis Ρ-,/Ρ-, das zu groß für den bestehenden korrigierten Luftstrom ist. Geschwindigkeitslinien (mit

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B, C, D bezeichnet), die die korrigerte Drehzahl des Kompressorrotors darstellen, zeigen, daß der korrigierte Luftstrom allgemein mit größer werdender Drehzahl ansteigt und daß größere Druckverhältnisse und dementsprechend höhere Energieausgangspegel bei höheren Drehzahlen erzielt werden. Die hier benutzte korrigierte Drehzahl bezieht sich auf die durch Y©₂ dividierte tatsächliche Drehzahl.

Während des normalen Triebwerksbetriebes wandert zum Bilden eines zufriedenstellenden abrißfreien Betriebes des Kompressors dieser längs einer Betriebskurve (mit E bezeichnet), deren vertikale Position in bezug auf die Abrißlinie normalerweise durch die Kerntriebwerk-Turbinendüse-Austrittsfläche festgesetzt wird (das die minimale Fläche aufweisenden 'Loch¹, durch das der Strom gelangen muß). Diese Betriebslinie bzw. -kurve schneidet schließlich bei zunehmenden Kompressorrotordrehzahlen die Abrißlinie (Punkt H), wo die theoretisch maximale Energieabgabefähigkeit des Kompressors vorliegt. Der steile Anstieg in der Betriebskurve wird dadurch begründet, daß die Kompressorleistungsfähigkeit bei zunehmender Drehzahl abfällt. In herkömmlicher Weise wird eine 100 % Triebwerkdrehzahl (Linie B) unterhalb der maximalen Energieabgabefähigkeit des Kompressors gewählt, um einen Abriß-Sicherheitsspielraum (nachfolgend als 'Abrißspielraum¹ bezeichnet) zu erhalten. Der Punkt, wo die 100 % Triebwerkdrehzahllinie B die Betriebskurve E schneidet, wird als der Bemessungspunkt (F) bezeichnet.

In Figur 3 ist allgemein die Beziehung zwischen der Leistungsturbinenausgangsleistung (oder maximalen Abgasleistung) und der Kompressoreinlaß-Umgebungstemperatur T₂ für ein zum Triebwerk aus Figur 1 ähnliches Triebwerk dargestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß sich die Beziehungen aus Figur 3 nicht nur auf irgendwelche bestimmten Triebwerke beziehen sollen, sondern daß diese lediglich beispielhaft für viele Gasturbinentriebwerke sind. Da die Leistung eine Funktion der Turbineneinlaßtemperatur und des hindurchgelangenden Massenstroms ist, ist es erwünscht, bei der maximal bemessenen Turbineneinlaßtemperatur und bei dem maximalen Kompressorstrom zu arbeiten.

Wenn die Kompressoreinlaßtemperatur bei konstanter Kerntriebwerkturbineneinlaßtemperatur abfällt, steigt die Leistungsab-

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-f 28&4Ü13

gäbe von der Leistungsturbine 14 längs der in Figur 3 mit G bezeichneten repräsentativen Kurve. Gleichzeitig steigen die korrigierte Triebwerksdrehzahl und der korrigierte Luftstrom mit abnehmender Einlaßumgebungstemperatur. Um jedoch die bemessene bzw. Nennturbinentemperatur aufrechtzuerhalten (das Temperaturverhältnis über den Kompressor ist im wesentlichen konstant), muß die Triebwerksdrehzahl weiter vergrößert werden, wie durch die Drossel bzw. den Gashebel 34, die bzw. der das Ventil 35 steuert und die Treibstoffströmungsgeschwindigkeit vom Treibstofftank 36 zum Brenner 22 (Figur 1) reguliert. Hierdurch wird der korrigierte Kompressorstrom zu einer schnellen Vergrößerung veranlaßt, wenn der Kompressor längs der Betriebskurve vom Punkt F zum Abrißlinienpunkt H (Figur 2) wandert. An einem mit I bezeichneten Punkt sind die weitgehend maximale Strömungsgrenze des Kompressors und der maximale Leistungspegel von der Turbine 14 erreicht. Ein Betrieb oberhalb dieser Strömungsgrenze führt zu einem möglichen Abriß des Kompressors aufgrund der steil ansteigenden Betriebskurve E. Somit muß bei Einlaßumgebungstemperaturen, die kleiner als dieser Wert sind, die körperliche Triebwerkdrehzahl reduziert werden (wie durch abbremsendes Betätigen des Gashebels), um den maximalen korrigierten Kompressorstrom und den Abrißspielraum (Punkt I aus Figur 2) aufrechtzuerhalten, und dieses wiederum führt zu einer Reduzierung der Turbinentemperatur auf einen Wert, der kleiner als der Nennwert ist, und auch zu einer Reduzierung der Leistungsabgabe der Leistungsturbine 14. Gemäß der die Leistung betreffenden graphischen Darstellung aus Figur 3 erfolgt diese Turbinenleistungsabnahme mit abnehmender Temperatur längs einer mit J bezeichneten repräsentativen Linie bzw. Kurve.

Figur 4 zeigt die Änderung in der Turbineneinlaßtemperatur entsprechend der Darstellung der Turbinenleistung aus Figur 3, wobei ähnlich bezeichnete Kurven und Punkte entsprechende Betriebs zustände darstellen. Diese Figur zeigt auf graphische Weise, wie die bemessene Turbineneinlaßtemperatur konstant gehalten werden kann, bis ein maximaler Kompressorstrom erreicht ist (Punkt I), und zu dieser Zeit muß der Gashebel mit abnehmender Einlaßtemperatur bremsend betätigt werden (Linie J, die den Betrieb mit maximalem Kompressorstrom darstellt). Es besteht deshalb das Problem,

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wie die bemessenen Turbineneinlaßtemperaturen bei maximalem Kompressorstrom aufrechtzuerhalten sind, um die Leistungsabgabe bei niedrigen Umgebungseinlaßtemperaturen zu vergrößern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen dieses Problem gelöst und eine Leistungsregulierung bei niedrigen Umgebungseinlaßtemperaturen vorgesehen werden. In Figur 1 ist schematisch dargestellt, daß das Triebwerk mit einer Einrichtung zum Regulieren der Leistungsabgabe der Leistungsturbine versehen ist, und diese Einrichtung weist einen Bypasskanal 38 mit einem darin befindlichen Strömungsregulierungsventil 4o auf. Ein Ende dieses Bypasskanals ist mit dem Kompressor 16 an dessem Auslaßende verbunden, und das Ventil 4o wird von der Triebwerkbedienungsperson betätigt, um eine gewisse Menge an Kompressorablaßluft abzuzapfen und hierdurch den Luftstrom durch den Brenner 22 und die Kerntriebwerksturbine 24 zu reduzieren. Der Kanal bzw. die Leitung 38 sorgt für ein Wiedereinführen des abgezapften Teils in den Leistungszyklus, und zwar stromabwärts von der Turbine 24 und gemäß der Ausführungsform aus Figur 1 zwischen den Turbinen 24 sowie 14. Somit dient der Kanal 38 als ein einfaches Beispiel für ein Mittel zum Vorbeileiten eines Teils der Kompressorablaßluft um den Brenner und zum Wiedereinführen der Luft in den Zyklus. Die Wiedereinführungsmittel können auch eine Mehrzahl von hohlen Düsenschaufeln 42 aufweisen (von denen aus Klarheitsgründen nur eine dargestellt ist), mit denen der Kanal 38 an seinem stromabwärts gelegenen Ende verbunden ist. Die Bypassluft wird durch eine Vielzahl von Löchern 44 längs der Hinterkante einer jeden solchen Strebe (strut) ausgestoßen, um für ein wirksameres Durchmischen der Gase zu sorgen. Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die Bypassluft nur in beispielhafter Weise gemäß der Darstellung an den Leistungsturbinendüsenschaufeln wieder in den Triebwerkszyklus eintritt und daß ein solches Wiedereinführen in den Zyklus irgendwo zwischen dem Kerntriebwerk und dem Leistungsturbinendüsenhals erfolgen kann.

Das Ventil 4o ist ein Beispiel für ein Mittel zum Regulieren der Bypassströmungsgeschwindigkeit, und bei großen Kompressoreinlaßumgebungstemperaturen wird das Ventil geschlossen, so daß kein Bypassstrom fließen kann. Bei niedrigen Einlaßtemperaturen wird jedoch das Ventil geöffnet, um die Menge an Bypassstrom flies-

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sen zu lassen, die notwendig ist, um die bemessene Kerntriebwerkeinlaßtemperatur bei maximalem Kompressorstrom aufrechtzuerhalten. Je niedriger die Umgebungstemperatur ist, desto größer ist der Bypassstrom. Von den Figuren 2-4 wird zunächst auf Figur 2 verwiesen, wo zur Vereinfachung der Erläuterung der Betrieb des Kompressors mit dem Bypassstrom in zwei Schritten dargestellt ist, die allgemein den dicker gestrichelten Linien folgen. Es sei angenommen, daß der Kompressor am Punkt I mit maximalem Kompressorstrom und bemessener Turbineneinlaßtemperatur bzw. Turbineneinlaßnenntemperatur arbeitet. Wenn die Umgebungseinlaßtemperatur weiter abnimmt, wird das Ventil 4o geöffnet, um die Bypassströmungsgeschwindigkeit durch den Kanal 38 zu vergrößern, während die Drosselposition konstant gehalten wird. Im Ergebnis wandert der Kompresserbetriebspunkt vom Punkt I zum Punkt K, wonach eine Drossel- bzw. Gashebelvorwärtsbewegung (throttle advance) bis zum Punkt L (bei konstantem prozentualem Bypassstrom) die maximale Kompressorströmungsgeschwindigkeit wieder herstellt und die Kerntriebwerkeinlaßtemperatur auf ihren Nennwert vergrößert, so daß die Kerntriebwerkleistung zum Antreiben des Kompressors aufrechterhalten wird. Gleichzeitig steigt als Ergebnis der vorstehend ausgeführten Vorgänge die Leistungsturbineneinlaßtemperatür (die Temperaturzunähme durch die Kerntriebwerkturbine hebt die Temperaturabnahme aufgrund der Vermischung des Bypassstroms mehr als auf), und der Strom durch die Leistungsturbine ist unverändert (da der gesamte Strom vor dem Hindurchleiten durch die Leistungsturbine wieder zusammengefaßt wurde).Somit wird die Leistungsabgabe vergrößert.

Praktisch gesprochen könnten die Positionen des Drosselbzw. Gashebelgliedes 34 und des Ventils 4o unabhängig und gleichzeitig von einer Bedienungsperson reguliert werden, um die Leistungsabgabe wie oben beschrieben zu vergrößern. Eine einfache Vorrichtung (nicht dargestellt), die die Einlaßteraperatur der Tur-'bine 24 ausmißt und anzeigt, könnte überwacht werden, um einen Hinweis auf die Betriebsleistungsfähigkeit des Triebwerks zu erhalten. Es ist jedoch klar, daß auch eine kompliziertere Steuerung entwickelt werden könnte, um diese Funktion automatisch durchzuführen, wobei jedoch eine solche Steuerung nicht zur vorliegenden Erfindung gehört. Die Erfindung arbeitet in ihrer einfachsten Ausfüh-

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rungsform mit einer unabhängigen Regulierung des Gashebels 34 und des Ventils 4o.

In den Figuren 3 und 4 ist dargestellt, daß durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung der maximale Kompressorstrom und die bemessene Kerntriebwerkturbineneinlaßtemperatur mit abnehmender Kompressorumgebungseinlaßtemperatur (gestrichelte Linie aus Figur 4) aufrechterhalten werden können und daß im Ergebnis die Leistungsabgabe fortgesetzt ansteigt (gestrichelte Linie aus Figur 3). Somit führt die vorliegende Erfindung zu der Möglichkeit einer Überschreitung der zuvor festen Beziehung zwischen der maximalen Leistung und der Einlaßumgebungstemperatur (durchgezogene Linie J aus Figur 3) durch die besondere Beziehung zwischen dem Bypassstrom und der Drossel- bzw. Gashebelposition. Durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung kann die Strom-Temperatur-Beziehung einer Turbine reguliert werden.

Dem Fachmann ist es klar, daß bezüglich der oben beschriebenen Erfindung im Rahmen derselben gewisse Änderungen vorgenommen werden können. Beispielsweise ist es durch Verwenden der vorliegenden Erfindung theoretisch möglich, die Leistungsabgabe zu vergrößern, obwohl die Kompressorstromgeschwindigkeit leicht abnimmt. Außerdem kann ein Triebwerk nach der vorliegenden Erfindung eine normale Triebwerksalterung kompensieren. Ein derartiges Triebwerk läuft normalerweise heißer und langsamer als ein neues Triebwerk,so daß weniger Leistung erzeugt wird. Der Leistungspegel kann jedoch dadurch wiederhergestellt werden, daß die Bypassstromgeschwindigkeit entsprechend den oben angegebenen Prinzipien reduziert wird. Ferner ist es klar, daß die Erfindung nicht auf das in Figur 1 dargestellte Turbostrahltriebwerk beschränkt ist, da die Erfindung in ihrer einfachsten Form eine Einrichtung zum Regulieren der Strom-Temperatur-Beziehung an dem Einlaß eines einfachen Turbostrahltriebwerks darstellt, die eine den Kompressor antreibende einzelne Turbine hat. Ferner ist festzustellen, daß es bei gewissen Gasturbinentriebwerken erwünscht sein kann, die Bypassluft von dem Kompressor an einer Stelle abzuziehen, die etwas stromaufwärts von dem Kompressorauslaß liegt. Diese und alle anderen Abwandlungen sollen von der vorliegenden Erfindung umfaßt sein.

Claims

Ansprüche

>. Einrichtung zum Regulieren der Leistungsabgabe einer Leistungsturbine in einem Gasturbinentriebwerk, das ein Kerntriebwerk mit einem Kompressor zum Verdichten eines Luftstroms, einen Brenner, in dem verdichtete bzw.komprimierte Luft mit Treibstoff vermischt und verbrannt wird, und eine Kerntriebwerksturbine enthält, die von den heißen Verbrennungsgasen angetrieben wird und mit dem Kompressor antriebsmäßig verbunden ist, wobei die Leistungsturbine stromabwärts von dem Kerntriebwerk angeordnet ist und durch die heißen Verbrennungsgase unabhängig angetrieben wird, gekennzeichnet durch Mittel (38) , die dafür sorgen, daß ein Teil der komprimierten Luft um den Brenner (22) herumgeführt und zwischen der Kerntriebwerksturbine (24) sowie der Leistungsturbine (14) wieder in den Triebwerkszyklus eingeführt wird, und durch Mittel (4o) zum Regulieren der Bypassstromgeschwindigkeit.
2. Verfahren zum Regulieren der Leistung eines Gasturbinentriebwerks mit einem Kompressor zum Verdichten eines Luftstroms, mit einem Brenner, in dem komprimierte Luft mit Treibstoff gemischt sowie verbrannt wird, und mit einer von den heißen Verbrennungsgasen angetriebenen Kerntriebwerksturbine, die mit dem Kompressor antriebsmäßig verbunden ist, wobei eine Leistungsturbine stromabwärts von dem Kerntriebwerk angeordnet ist und von den heißen Verbrennungsgasen unabhängig angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet,daß ein Teil der komprimierten Luft um den Brenner herumgeleitet wird, daß der Teil zwischen der Kern-

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triebwerketurbine und der Leistungsturbine wieder in den Triebwerkszyklus eingeführt wird, während gleichzeitig die Kompressorluftstromgeschwindigkeit im wesentlichen konstant gehalten wird, und daß der Temperaturpegel der in die Kerntriebwerksturbine und in die Leistungsturbine gelangenden heißen Verbrennungsgase vergrößert wird, um hierdurch die Leistungsabgabe der Leistungsturbine zu erhöhen.
3. Einrichtung zum Regulieren der Triebwerkleistungsabgabe bei einer niedrigen Umgebungstemperatur für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Kompressor zum Verdichten eines Luftstroms, mit einem Brenner, in dem verdichtete Luft mit Treibstoff gemischt sowie verbrannt wird, und mit einer von den heißen Verbrennungsgasen angetriebenen Turbine, die mit dem Kompressor antriebsmässig verbunden ist, wobei das Triebwerk dergestalt ist, daß eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Leistungsabgabe und der Kompressoreinlaßumgebungstemperatur bei maximalem Kompressorstrom vorliegt, gekennzeichnet durch Mittel (38), die dafür sorgen, daß ein Teil der komprimierten Luft um den Brenner (22) herumgeleitet und stromabwärts von der Turbine wieder in den Zyklus eingeführt wird, durch Mittel (4o) zum Regulieren der Bypassstromgeschwindigkeit und durch ein Drossel- bzw. Gashebelglied (34, 35) zum Regulieren der Treibstoffströmungsgeschwindigkeit, was dazu führt, daß der resultierende Leistungspegel die vorbestimmte Beziehung bei derselben niedrigen Umgebungstemperatur übersteigt.

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