DE3104005A1

DE3104005A1 - Lufteinlass fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3104005A1
Application number: DE19813104005
Authority: DE
Inventors: John Richard Amersham Buckinghamshire Hobbs
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1980-02-09
Filing date: 1981-02-05
Publication date: 1982-01-14
Also published as: JPS56129724A; FR2475628A1; CA1145958A; FR2475628B1; IT8119348A0; GB2069054B; DE3104005C2; IT1135187B; JPS5857616B2; GB2069054A; US4389227A

Description

Patentanwälte D Lp I. -1 η g. C u r t W a 11 a c h

Dipl.-lng. Günther Koch

. 4·· Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

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

Datum: 5. Februar I98I

Unser Zeichen: IJ 111 _

Anmelder: Rolls-Royce Limited

65 Buckingham Gate
London SWlE 6AT
England

Titel: Lufteinlaß für ein Gasturbinen

triebwerk

130062/0496

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lufteinlaß für Gasturbinentriebwerke .

Gasturbinen, die zum Antrieb von Hubschraubern benutzt werden, sind gewöhnlich mit Lufteinlässen ausgerüstet, die so ausgebildet sind, daß teilehenförmiges Material aus der Luft abgeschieden wird, die schließlich in das Triebwerk eintritt. Eine Möglichkeit, die diesem Ziel dient besteht darin, innerhalb eines Lufteinlaufkanals einen Zentralkörper anzuordnen. Dieser Zentralkörper besitzt eine konkav gewölbte stromaufwärts weisende Oberfläche, die einen größeren Durchmesser aufweist als der Lufteinlauf des Triebwerks. Auf diese Weise wird die Luft, die schließlich in den Lufteinlauf eintritt, veranlaßt zunächst einem sinusförmigen Pfad um den Zentralkörper herum zu folgen. Die Bewegungskraft, die dem teilchenförmigen Material anhaftet, die vom Luftstrom mitgeführt werden gewährleistet, daß sie vom Lufteinlauf abgelenkt werden, statt dem gleichen sinusförmig gewundenen Pfad wie die Luft zu folgen.

Wenn die vom Triebwerk abgezogene Luft zusätzlich Wassertropfen mitführt, dann wird ein Teil dieser Wassertropfen ebenso wie das teilehenförmige Material vom Lufteinlauf abgelenkt. Der Rest der Flüssigkeit trifft jedoch auf den Zentralkörper auf und wird in eine große Zahl kleinerer Tropfen aufgebrochen, die infolge der Oberflächenspannung am Zentralkörper anhaften und schließlich in den Lufteinlauf des Triebwerks einfließen. Dies stellt ein höchst unerwünschtes Phänomen dar, wenn die Tropfen aus Seewasser bestehen, da ihr Vorhandensein im Triebwerk unvermeidbar zu einer Beschleunigung der Korrosion von Bauteilen des Triebwerks führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Luft-

13Q-QS2/Q496

einlaß für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, der das Eintreten dieser Flüssigkeit in den Lufteinlauf vermeidet·.-

Die Erfindung geht aus von einem Lufteinlaß eines Gasturbinentriebwerks mit einem Zentralkörper und einer Kanalwand, die den Triebwerkseinlauf definiert, wobei Zentralkörper und Kanalwand von kreisförmigem Querschnitt sind und wenigstens ein Teil des Zentralkörpers stromauf und koaxial zu der Kanalwand verläuft, und wenigstens ein Teil des Zentralkörpers einen größeren Durchmesser als der Kanal besitzt.Gelöst wird die gestellte Aufgabe bei einem solchen Lufteinlaß durch Mittel, die im Betrieb jegliche Flüssigkeit zusammenlaufen lassen, die auf den Zentralkörper auftrifft und an diesem abströmt, wobei die so gebildeten Tropfen von dem Zentralkörper in den im Betrieb über den Zentralkörper strömenden Luftstrom hinein abgeschossen werden, wobei diese Mittel die Flüssigkeit zu Tropfen einer solchen Masse zusammenfließen lassen, daß jeder Tropfen, wenn '.er vom Zentralkörper freikommt, einer Bahn folgt, die am Triebwerkslufteinlauf vorbeigeht.

In der vorliegenden Beschreibung sind die Ausdrücke "stromauf" und "stromab" in Bezug auf die Luftströmung zu verstehen, die im Betrieb durch den erfindungsgemäßen Lufteinlaß des Gasturbinentriebwerks strömt.

Die Mittel, die die Flüssigkeit zu Tropfen zusammenlaufen lassen und die zusammengelaufenen Flüssigkeitstropfen abschießen, bestehen vorzugsweise aus einem in Umfangsrichtung verlaufenden Wandteil mit öffnungen, wobei der Wandteil radial von dem Abschnitt größten Durchmessers des Zentralkörpers nach außen vorsteht und zum "Abschießen" ist eine in Umfangsrichtung verlaufende Stufe unmittelbar strom-

130062/0498

-T-

ab des mit Öffnungen versehenen Wandteils vorgesehen, welch letzteres im Betrieb die Flüssigkeit zu Tropfen der erforderlichen Masse zusammenfließen läßt, während die Stufe, die so geformten Tropfen vom Zentralkörper "abschießt".

Die Öffnungen in dem mit Öffnungen versehenen Wandabschnitt weisen vorzugsweise mehrere Schlitze auf, die sich normal zur Achse des Mittelkörpers erstrecken.

Das mit Öffnungen versehene Wandteil weist vorzugsweise mehrere im gleichen Abstand zueinander vorstehende Wandabschnitte auf, und die Schlitze werden durch benachbarte Wandabschnitte definiert.

Die vorstehenden Abschnitte können so gestaltet sein, daß die nach stromauf weisenden Teile der Wandabschnitte konvergierende Pfade nach den Schlitzen definieren.

Die Kanalwandung, die den Triebwerkseinlauf definiert, wird vorzugsweise von einer Verkleidung derart umschlossen, daß sie zusammen mit dieser einen ringförmigen Triebwerksnebenstromkanal definiert.

Der Triebwerksnebenstromkanal ist vorzugsweise so angeordnet, daß die zusammengeflossenen Plüssigkeitstropfen im Betrieb von dem Zentralkörper in diesen Nebenstromkanal "abgeschossen" werden.

Die Verkleidung umschließt vorzugsweise zusätzlich wenigstens einen Teil des Zentralkörpers größeren Durchmessers, derart, daß dazwischen ein Luftströmungskanal definiert wird.

130082/0496

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gasturbinen-Lufteinlasses gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Teilansicht des Zentralkörpers des Gasturbinen-Lufteinlasses gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 2.

Figur 1 zeigt den Lufteinlaß 10 eines Gasturbinentriebwerks, der eine äußere Verkleidung 11 aufweist, die einen Zentralkörper 12 und eine Kanalwandung IJ umschließt, die den Lufteinlaß 14 definiert. Die Verkleidung 11,der Zentralkörper 12 und die Kanalwand 13 sind sämtlich im Querschnitt kreisförmig ausgebildet.

Der Zentralkörper 12 liegt koaxial innerhalb der Kanalwand 13 und sein Durchmesser vergrößert sich progressiv in dem aus der Kanalwand 13 von rechts nach links (Fig. 1) austretenden Teil bis bei 15 eine maximale Querschnittsfläche erreicht wird, und hier ist der Durchmesser größer als der Durchmesser der Kanalwand I3. Dann fällt der Durchmesser progressiv ab und es wird eine konvex gewölbte Oberfläche 16 gebildet. Die Lippe 17 der Kanalwand I3 erweitert sich nach außen, um sich der divergierenden Form des Zentralkörpers 12 anzupassen.

Die Verkleidung 11 ist mit einem im Durchmesser vergrößerten Bereich 18 versehen, um eine Anpassung an den Abschnitt I5

des Zentralkörpers 12 mit maximalem Durchmesser zu bewirken. So muß die Luft, die in die Verkleidung 11 in Richtung des Pfeiles B eintritt, zunächst einem sinusförmig gewundenen Pfad um den Zentralkörper 12 herum folgen, bevor sie in den Triebwerks-Lufteinlaß 14 gelangen kann. Wenn die Luft den Abschnitt 15 des Zentralkörpers 12 mit großem Durchmesser durchströmt, dann wird sie nach innen in den Triebwerks-Lufteinlaö 14 gezogen. Die jedem teilchenförmigen durch die Luft mitgeführten Körper innenwohnende Bewegungskraft sucht diese Partikel vom Luftströmungspfad abzulenken und einer Bahn zu folgen, die den Triebwerks-Lufteinlaß 14 vermeidet. Die Bahn des teilchenförmigen Materials führt tatsächlich in einen Nebenstromkanal 19, der zwischen der Verkleidung

11 und der Kanalwand 13 ausgebildet ist. Dieser Nebenstromkanal 19 erstreckt sich über die Länge des nicht dargestellten Gasturbinentriebwerks bevor er sich nach dem Triebwerksabgasausfluß öffnet. Demgemäß wird sämtliches teilchenförmlge Material, welches von der Luft mitgeführt wird, die in die Verkleidung 11 eintritt, von jener Luftströmung getrennt und gelangt später in den Ausfluß der Triebwerksabgase.

Wenn die in die Verkleidung 11 eintretende Luft Wassertropfen enthält, dann werden einige Tropfen auf die Oberfläche 16 des Zentralkörpers 12 auftreffen und in eine große Zahl kleinerer Tropfen aufgespaltet. Infolge der Oberflächenspannung haften diese kleineren Tropfen an der Oberfläche 16 und strömen dann nach dem Abschnitt 15 des Zentralkörpers

12 mit größerem Durchmesser. Bei 15 treffen sie jedoch auf eine radial vorstehende Wand 20, die aus mehreren im gleichen Abstand zueinander angeordneten, vorstehenden Abschnitten gebildet ist.

Die Wandabschnitte 21, die im einzelnen aus Figur 2 ersichtlich sind, weisen eine V-förmige Querschnittsform auf, wobei

der Scheitel des V--stromauf gerichtet ist. Sie sind im Abstand um den Zentralkörper 12 herum so angeordnet, daß ihre stromaufwärtigen Oberflächen 22 konvergierende Pfade 23 für die Wassertropfenströmung von der Oberfläche 16 des Zentralkörpers bilden. Die Wandabschnitte 21 sind derart im Abstand angeordnet, daß Schlitze 24 durch benachbarte Wandabschnitte gebildet werden, wobei ein Schlitz 24 jeweils im konvergierenden Teil eines jeden Pfades 23 verläuft. Die konvergierenden Pfade 23 und die Schlitze 24 wirken zusammen um die kleinen Wassertropfen zu größeren Tropfen zusammenzuführen, die danach aus den Schlitzen 24 stromabwärts austreten, wie dies aus Figur 2 ersichtlich ist.

Um die so geformten größeren Tropfen bei ihrem Eintritt in den über den Zentralkörper 12 verlaufenden Luftstrom zu begünstigen, ist eine in Umfangsrlchtung verlaufende Stufe 25 im Mittelkörper 12 unmittelbar stromab der Wandung 20 (Fig. 3) angeordnet. Diese Stufe 25 wirkt als Startrampe, um die größeren Tropfen vom Zentralkörper 12 in den Luftstrom gelangen zu lassen. Die Schlitze 24 sind so bemessen,daß die größeren Tropfen eine solche Masse besitzen, daß sie bei ihrer Ablösung vom Zentralkörper 12 einer Bahn folgen, die etwa der Bahn des teilchenförmigen Materials entspricht, und über diese Bahnen werden die Tropfen in den Nebenstromkanal 19 abgeführt, wodurch vermieden wird, daß sie in den Triebwerkseinlaß 14 gelangen.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem geschlitzten Aufbau beschrieben. Es ist jedoch klar, daß auch anders gelochte Aufbauten benutzt werden können, um die Wassertropfen zusammenlaufen zu lassen. Es können auch andere Mittel anstelle der Stufe als Abschußrampe zur Ablösung der zusammengelaufenen Tropfen vom Zentralkörper 12 benutzt werden.

13GÖS2/0496

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Lufteinlaß für ein Gasturbinentriebwerk mit
einem Zentralkörper und einer Kanalwandung,
die einen Triebwerkslufteinlauf definiert,
wobei Zentralkörper und Kanalwand einen kreisförmigen Querschnitt besitzen und wenigstens
ein Teil des Zentralkörpers stromauf und koaxial zu der Kanalwand liegt, und wenigstens ein Abschnitt des Zentralkörpers einen größeren Durchmesser besitzt als die Kanalwandung,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkörper (12) mit Mitteln (20,25)
versehen ist, die im Betrieb dazu dienen die
Flüssigkeit,die auf die Oberfläche des Zentralkörpers (12) auftrifft und dann über die Oberfläche des Zentralkörpers (12) abströmt, in Tropfenform zusammenfließen zu lassen, und um die so gebildeten Tropfen dann vom Zentralkörper (12) in den Luftstrom abzuschießen, der im Betrieb über den Zentralkörper (12) abströmt, und daß die Mittel
(20,25), die die Flüssigkeit zusammenlaufen
lassen und in den Luftstrom austreten lassen,
ein Zusammenfließen zu Tropfen solcher Größe bewirken, daß die Masse jener Tropfen so groß ist, daß sie bei ihrem Abschuß einer Bahn folgen, die am Lufteinlauf (14) des Triebwerks vorbeigeht.
2. Lufteinlaß nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel (20,25),durch die die Flüssigkeit zu Tropfen zusammengeführt und die Tropfen nach

130Q62/0496

außen abgelöst werden, aus einem in Umfangsrichtung verlaufenden, mit öffnungen versehenen Wandabschnitt (20) bestehen, der radial von dem Bereich (I5) des Zentralkörpers (12) mit größtem Durchmesser nach außen stehen bzw. aus einer Umfangsstufe (25) unmittelbar stromab des mit öffnungen versehenen Wandabschnitts (20) bestehen, und daß der mit öffnungen versehene Wandabschnitt (20) im Betrieb die Flüssigkeit zu Tropfen der erforderlichen Masse zusammenfließen läßt, und daß die Ringstufe (25) im Betrieb die so geformten Tropfen von dem Zentralkörper (12) abschießt.
3. Lufteinlaß nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit öffnungen versehene Wand (20) mehrere Schlitze (24) besitzt, die jeweils normal zur Achse des Zentralkörpers (12) verlaufen.
4. Lufteinlaß nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit öffnungen versehene Wandung (20) mehrere im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete vorstehende Abschnitte (21) besitzt, wobei die Schlitze (24) durch benachbarte Abschnitte (24) definiert werden.
5. Lufteinlaß nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorstehenden Abschnitte (21) so gestaltet sind, daß die nach stromauf weisenden Teile (22) benachbarter Abschnitte (21) konvergierende Pfade (23) nach jedem der Schlitze (24) definieren.
6. Lufteinlaß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwand (13), die den Lufteinlauf (14) für das Triebwerk definiert, von einer Verkleidung (11) umschlossen ist, die einen ringförmigen Nebenstromkanal (19) bildet.
7. Lufteinlaß nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstromkanal (19) so angeordnet ist, daß die zusammengeflossenen Tropfen, die im Betrieb von dem Zentralkörper (12) abgeschossen werden, in den Nebenstromkanal (19) eintreten.
8. Lufteinlaß nach den Ansprüchen O oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (11) zusätzlich wenigstens einen Abschnitt des Zentralkörpers (12) mit größerem Durchmesser derart umschließt, daß dazwischen ein ringförmiger Luftströmungskanal gebildet wird.