DE3210198C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 2.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits aus der US-PS 37 79 007 bekannt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Die Erfindung wurde in der Gasturbinentriebwerksindustrie gemacht, u. a. zum Anpassen der entgegengesetzten Erwärmungs- und Kühlungserfordernisse eines Brennstoffreglers eines Gasturbinentriebwerks und eines elektrischen Generators des Gasturbinentriebwerks, sie ist aber auch bei anderen Teilen mit ähnlichen Wärmebelastungserfordernissen anwendbar.

Axialgasturbinentriebwerke bestehen üblicherweise aus einem Verdichtungsabschnitt, einem Verbrennungsabschnitt und einem Turbinenabschnitt. Arbeitsgase werden in den Verdichtungsabschnitt eingesaugt, wo sie mehrere Verdichtungsstufen durchlaufen, was zur Folge hat, daß die Temperatur und der Druck der Arbeitsgase ansteigen. Die Arbeitsgase werden mit Brennstoff in dem Verbrennungsabschnitt vermischt und verbrannt, um heiße, unter Druck stehende Arbeitsgase zu erzeugen. Diese Arbeitsgase sind eine Energiequelle für das Triebwerk. Die Arbeitsgase expandieren in dem Turbinenabschnitt und erzeugen dadurch Arbeit. Sowohl der Verdichtungsabschnitt als auch der Turbinenabschnitt enthalten sich bewegende Teile, wie beispielsweise Lager. Schmieröl wird diesen Teilen zugeführt, um sowohl die Teile zu schmieren als auch von den Teilen Abwärme abzuführen. Die durch das Schmieröl gewonnene Abwärme wird an ein Brennstoffzufuhrsystem übertragen, wenn der Brennstoff aus einem Brennstofftank über einen Brennstoffregler zu dem Verbrennungsabschnitt des Triebwerks fließt.

Bei Starrflüglern, für die das hier beschriebene Konzept entwickelt wurde, ist das Triebwerk in einem Gehäuse in Form einer Gondel angebracht, das an einem Flügel eines Flugzeuges befestigt ist. Die Gondel trägt und positioniert das Triebwerk in bezug auf das Flugzeug. Solche Flugzeuge fliegen in großen Höhen während langen Zeitspannen bei Temperaturen bis zu -54°C (-65°F). Bei dieser niedrigen Temperatur kühlt der Brennstoff in dem Brennstofftank auf eine niedrige Temperatur ab. Zum Blockieren der Bildung von Eis in kritischen Teilen in dem Brennstoffzufuhrsystem, beispielsweise in dem Brennstoffregler, werden üblicherweise heiße Arbeitsgase aus einem Strömungsweg der Arbeitsgase des Verdichtungsabschnitts abgezweigt und über eine Heizvorrichtung geleitet, um den Brennstoff zu erwärmen. Diese Heizvorrichtung ist typischerweise in einem Raum in der Gondel, wie beispielsweise einem Gondelkernraum, untergebracht.

Ein weiteres sich bewegendes Teil, das in dem Gondelkernraum angeordnet ist, ist der elektrische Generator, der das Flugzeug mit elektrischem Strom versorgt. Die Erzeugung von elektrischem Strom ist von der Erzeugung von Abwärme begleitet, die abgeführt werden muß, damit die Lebensdauer des elektrischen Generators nicht beeinträchtigt wird.

Eine Konstruktion zum Abführen der Abwärme ist in der US-PS 41 51 710 beschrieben. Gemäß dieser Druckschrift wird die Abwärme durch Schmieröl abgeführt, das durch den Generator hindurchgeht. Die Abwärme wird wieder an Kühlluft über einen Primärwärmetauscher, der in dem Strömungsweg der Arbeitsgase des Triebwerks angeordnet ist, und an den Brennstoff über einen Sekundärwärmetauscher abgegeben, der mit dem zu dem Verbrennungsabschnitt fließenden Brennstoff in Verbindung steht.

Da der Primärwärmetauscher jedoch in dem Strömungsweg der Arbeitsgase angeordnet ist, sorgt er für Strömungsverluste im Triebwerk. Die Kühlluft wird zudem über Bord geleitet, so daß die abgeleitete Abwärme für den Betrieb des Triebwerks verloren geht. Eine Vereisung des Brennstoffreglers kann diese bekannte Kühlung des Generators nicht wirksam verhindern.

Eine weitere Möglichkeit zum Kühlen des elektrischen Generators bildet den Gegenstand der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P 32 10 199.6. Abwärme wird dabei hauptsächlich an Brennstoff über einen Wärmetauscher, der mit zu dem Verbrennungsabschnitt fließendem Brennstoff in Verbindung steht, und außerdem an einen aus dem Strömungsweg der Arbeitsgase abgezweigten Kühlluftstrom über einen Kühlluft-Wärmetauscher abgegeben, der entfernt von dem Strömungsweg in dem Gondelkernraum angeordnet ist. Die Verwendung von Brennstoff als Hauptkühlmittel führt zur Rückgewinnung von Energie aus dem elektrischen Generator durch das Triebwerk. Darüber hinaus wird durch die Verwendung des Brennstoffes als Hauptkühlmittel die Größe des Kühlluft-Wärmetauschers verringert und der Einbau des Kühlluft-Wärmetauschers in einen von dem Kühlluftstrom entfernten Raum ermöglicht, wodurch das Eindringen des Wärmetauschers in den Kühlluftstrom minimiert wird.

Aus der DE-AS 12 84 688 ist es bekannt, über das Schmieröl des Gasturbinentriebwerks den Brennstoff sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Brennstoffreglers vorzuwärmen. Durch diese Vorwärmung des Brennstoffes stromaufwärts des Brennstoffreglers wird dessen Vereisung aber erst bei hoher Triebwerksleistung verhindert. Nach dem Anlassen des Triebwerks, solange sich dieses im Leerlauf befindet, ist die Temperatur des Schmieröls niedrig, so daß es keine ausweichende Wärmemenge liefern kann, um bei niedrigen Außentemperaturen die Vereisung des Brennstoffreglers wirksam zu verhindern. Auch bei geringer Leistungsabgabe, d. h. bei geringer Brennstoffzufuhr in großer Flughöhe kann die Temperatur des Schmieröls so niedrig sein, daß eine Vereisung des Brennstoffreglers möglich ist.

Aus der US-PS 40 41 697 ist es bekannt, einen Brennstoffilter vor dem Brennstoffregler vorzusehen, um mögliche Verunreinigungen aus dem Brennstoff auszuscheiden. Zwischen dem Brennstoffilter und dem Brennstoffregler wird überschüssiger, erwärmter Brennstoff über eine Rückfuhrleitung in den Brennstofftank geleitet. Ein Vorwärmen des Brennstoffes durch den überschüssigen erwärmten Brennstoff ist kaum möglich, da die Menge des rückgeführten erwärmten Brennstoffes im Vergleich zur gesamten Brennstoffmenge im Brennstofftank vernachlässigbar gering ist. Es ist zwar vor dem Brennstoffilter noch ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher die Abwärme aus heißem Triebwerksöl auf den Brennstoff übertragen soll. Beim Anlaufen des Triebwerks hat das Triebwerksöl jedoch eine niedrige Temperatur, so daß keine Erwärmung des Brennstoffes über den Wärmetauscher erfolgen kann.

Aus der US-PS 37 79 007 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dabei wird ein Teil von geregeltem Brennstoff aus dem Brennstoffregler umgewälzt und dem Brennstofftank wieder zugeführt. Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks erzeugte Abwärme wird auf den Brennstoff vor dem Brennstoffregler übertragen, um dessen Vereisung zu verhindern. Der Teil des erwärmten Brennstoffes, der in dem Verbrennungsabschnitt nicht benötigt wird, wird zum Erwärmen von kälterem Brennstoff verwendet. Da der erwärmte Brennstoff jedoch in den Brennstofftank zurückgeleitet wird, ist eine Temperaturerhöhung aufgrund des niedrigen Verhältnisses von zugeführter erwärmter Brennstoffmenge zu sich im Brennstofftank befindlicher Brennstoffmenge sehr gering. Dieses bekannte Verfahren hat daher den Nachteil, daß der erwärmte Brennstoff zur Verhinderung der Bildung von Eis im Bereich des Brennstoffreglers nur wenig beiträgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Art so zu verbessern, daß der erwärmte, geregelte Brennstoff wirksamer zur Verhinderung der Bildung von Eis im Bereich des Brennstoffreglers eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Schritte bzw. Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird der Teil des erwärmten Brennstoffes stromabwärts des Brennstoffreglers, der dem Verbrennungabschnitt nicht zugeführt wird, dem Brennstoffzufuhrsystem an einer Stelle stromabwärts des Brennstofftanks wieder zugeführt. Zusätzlich wird die Temperatur dieses rückgeführten Brennstoffes durch die von dem elektrischen Generator erzeugte Abwärme noch erhöht. Damit wird auch bei niedrigen Temperaturen ein schnelles Erwärmen des Brennstoffes erreicht.

Die Bildung von Eis im Brennstoffregler tritt insbesondere während eines vorübergehenden Energieungleichgewichts in dem Brennstoffzufuhrsystem auf, das aus einer plötzlichen Verringerung der Triebwerksleistung resultiert.

Gemäß der Erfindung wird ein Wärmegleichgewicht zwischen dem Gasturbinentriebwerk und sich bewegenden Teilen des Triebwerks aufrechterhalten, indem Wärme von dem durch das Triebwerk angetriebenen elektrischen Generator auf das Brennstoffzufuhrsystem stromaufwärts des Brennstoffreglers übertragen wird, um die Bildung von Eis in dem Brennstoffregler zu unterbinden und gleichzeitig den elektrischen Generator zu kühlen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die zusätzliche Energie in Form von Abwärme aus dem elektrischen Generator zur Erwärmung des Brennstoffes verwendet, statt diese Wärme wie im Stand der Technik oft üblich, an Kühlluft abzugeben, die aus dem Strömungsweg der Arbeitsgase abgezweigt wird.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist der Gewinn an Triebwerkswirkungsgrad, da mit Hilfe von Abwärme aus dem elektrischen Generator statt, wie im Stand der Technik oft üblich, durch Übertragung von Abwärme aus dem Arbeitsmediumströmungsweg des Triebwerks die Eisbildung im Brennstoffregler verhindert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 2 durchgeführt.

Ein erster Wärmetauscher ist erfindungsgemäß in einem Kühlfluidkreislauf vorgesehen, welcher durch den elektrischen Generator hindurchgeht. Der erste Wärmetauscher ist als Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher ausgebildet, d. h. er überträgt Energie von dem Kühlfluid auf den Brennstoff, welcher stromabwärts des Brennstoffreglers abgezweigt und über eine Brennstoffumwälzleitung wieder in das Brennstoffzuführsystem eingeleitet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Vorrichtungsunteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines Axialgasturbinentriebwerks der Turbofanbauart, das in einer Gondel untergebracht ist, wobei ein Teil eines Fanraums und eines Gondelkernraums weggebrochen ist, um Teile des Triebwerks und einer Zubehörausrüstung sichtbar zu machen,

Fig. 2 schematisch einen Primärströmungsweg und einen Sekundärströmungsweg des Axialgasturbinentriebwerks sowie einen Teil der Zubehörausrüstung, die in dem Gondelkernraum um das Axialgasturbinentriebwerk herum angeordnet ist, und

Fig. 3 ein Schema eines Teils eines Brennstoffzufuhrsystems, eines Brennstoffumwälzsystems und eines Kühlfluidkreislaufs für einen elektrischen Generator.

Fig. 1 zeigt ein Axialgasturbinentriebwerk 10 der Turbofanbauart. Eine Gondel 12 umgibt das Triebwerk 10. Die Gondel 12 trägt das Triebwerk 10 und ist an einer Flugzeugtragfläche befestigt. Die Gondel 12 enthält Räume zur Unterbringung einer Zubehörausrüstung, und zwar einen Gondelfanraum 14 und einen Gondelkernraum 16.

Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 2 ist der Gondelkernraum 16 mit Abstand radial einwärts von dem Gondelfanraum 14 angeordnet, so daß zwischen diesen ein Fanmantelstromkanal 18 vorhanden ist. Ein Sekundärströmungsweg 20 für Arbeitsgase erstreckt sich durch den Fanmantelstromkanal 18. Ein Primärströmungsweg 22 für Arbeitsgase erstreckt sich nach hinten durch das Triebwerk 10, das aus einem Fanabschnitt 24, einem Verdichterabschnitt 26, einem Verbrennungsabschnitt 28 und einem Turbinenabschnitt 30 besteht. Ein Brennstoffzufuhrsystem 32 steht in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungsabschnitt 28.

Der Fanabschnitt 24 und der Verdichterabschnitt 26 zusammen werden üblicherweise als Verdichtungsabschnitt bezeichnet. Der Verdichtungsabschnitt und der Turbinenabschnitt 30 enthalten Rotorteile 34 und Statorteile 36. Zu den Statorteilen 36 gehören verstellbare Leitschaufeln 38, die sich über den Primärströmungsweg 22 für Arbeitsgase erstrecken. Eine hydraulische Leitschaufelsteuereinrichtung 40 zum Positionieren der Leitschaufeln 38 ist mit den Leitschaufeln 38 verbunden. Ein Brennstoffumwälzsystem 42, das Hydraulikenergie liefert, steht in Strömungsverbindung mit der hydraulischen Leitschaufelsteuereinrichtung 40. Ein Triebwerksölsystem 44 dient zum Schmieren von sich bewegenden umlaufenden Teilen, wie Lagern, die die Rotorteile 34 tragen.

Ein Teil, das überschüssige Abwärme erzeugt, ist ein elektrischer Generator 46, der ein Flugzeug mit elektrischem Strom konstanter Frequenz versorgt und ebenfalls in dem Gondelkernraum 16 untergebracht ist. Ein Kühlfluidkreislauf 48 für den elektrischen Generator 46 steht in Strömungsverbindung mit dem Generator 46.

Fig. 3 zeigt ausführlich den Kühlfluidkreislauf 48, das Brennstoffumwälzsystem 42 und das Brennstoffzufuhrsystem 32. Das Brennstoffzufuhrsystem 32 enthält einen Brenstofftank 50, der typischerweise in der Tragfläche des Flugzeuges untergebracht ist, eine Hauptbrennstoffpumpe 52, einen Brennstoffregler 54 und eine Vorrichtung in Form einer Brennstoffdüse 56 zum Einspritzen von Brennstoff in den Verbrennungsabschnitt 28. Eine Brennstoffleitung 58 erstreckt sich von dem Brennstofftank 50 über die Hauptbrennstoffpumpe 52 und den Brennstoffregler 54 zu der Brennstoffdüse 56.

Das Brennstoffzufuhrsystem 32 hat einen stromaufwärtigen Teil 60 und einen stromabwärtigen Teil 62. Der stromaufwärtige Teil 60 erstreckt sich zwischen dem Brennstofftank 50 und dem Brennstoffregler 54. Der stromaufwärtige Teil 62 erstreckt sich zwischen der Brennstoffdüse 56 und dem Brennstoffregler 54. Der Brennstoffregler 54 ist aufgrund eines Auslasses 64 und eines Einlasses 66 in der Lage, Brennstoff an den stromabwärtigen Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems 32 abzugeben beziehungsweise Brennstoff aus dem stromaufwärtigen Teil 60 des Brennstoffzufuhrsystems 32 zu empfangen. Der stromaufwärtige Teil 60 enthält ein Brennstoffilter 68 und eine Vorrichtung in Form eines Wärmetauschers 70 zum Erwärmen des Brennstoffes. Der Wärmetauscher 70 steht in Strömungsverbindung mit einer Wärmequelle in Form von heißen Arbeitsgasen aus dem Primärströmungsweg 22. Diese Arbeitsgase können beispielsweise einer hinteren Stufe des Verdichterabschnitts 26 entnommen werden. Ein Ventil 72 zum Steuern des Durchstroms von heißen Arbeitsgasen durch den Wärmetauscher 70 spricht auf die Temperatur des in den Brennstoffregler 54 eintretenden Brennstoffes an. Der stromabwärtige Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems 32 enthält einen Schmieröl/Brennstoff-Wärmetauscher 74 zum Übertragen von Abwärme von Schmieröl zu dem Brennstoff. Der stromabwärtige Teil 62 enthält außerdem einen Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher 76 zum Übertragen von Abwärme zwischen dem Brennstoff in der Brennstoffleitung 58 und Kühlfluid in dem Kühlfluidkreislauf 48 des elektrischen Generators 46.

Das Brennstoffumwälzsystem 42 erstreckt sich zwischen dem stromabwärtigen Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems 32 und dem stromaufwärtigen Teil 60. Das Brennstoffumwälzsystem 42 enthält eine Vorrichtung in Form eines ersten Wärmetauschers 78 zur Übertragung der Abwärme von dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkreislauf 48 auf den Brennstoff in dem Brennstoffumwälzsystem 42. Das Brennstoffumwälzsystem 42 enthält eine Brennstoffumwälzleitung 80. Die Leitung 80 steht in Strömungsverbindung mit dem Auslaß 64 des Brennstoffreglers 54, der hydraulischen Leitschaufelsteuereinrichtung 40, dem ersten Wärmetauscher 78 und dem Einlaß 66 des Brennstoffreglers 54. Die Leitung 80 kann mit dem Einlaß 66 des Brennstoffreglers 54 über den stromaufwärtigen Teil 60 entweder stromaufwärts oder stromabwärts des Brennstoffilters 68 oder stromabwärts der Hauptbrennstoffpumpe 52 in Verbindung stehen.

Der Kühlfluidkreislauf 48 des elektrischen Generators 46 enthält eine Vorrichtung in Form eines Kühlfluid/Luft-Wärmetauschers 82 zur Wärmeübertragung von dem Kühlfluid auf Kühlluft. Eine Fanluftabzweigleitung 84 erstreckt sich zwischen dem Fanmantelstromkanal 18 und dem Kühlfluid/Luft-Wärmetauscher 82, um eine Strömungsverbindung des Wärmetauschers 82 mit einer Kühlluftquelle herzustellen. Die Kühlluft wird von dem Wärmetauscher 82 abgegeben und in den Gondelfanraum 14 oder den Gondelkernraum 16 ausgestoßen. Ein Ventil 86 zum Regulieren des Kühlluftstroms durch die Fanluftabzweigleitung 84 spricht auf die Temperatur des Kühlfluids in dem Kühlfluidkreislauf 48 an der Stelle der Abgabe aus dem elektrischen Generator 46 an. Eine Vorrichtung 88 zum Umwälzen des Kühlfluids in dem Kühlfluidkreislauf 48 enthält eine Pumpe (nicht dargestellt) und eine Leitung 90. Diese Pumpe könnte ein integraler Bestandteil des elektrischen Generators 46 sein. Die Vorrichtung 88 wird benutzt, um das Kühlfluid in Strömungs- und Wärmeübertragungsverbindung mit dem elektrischen Generator 46, dem Kühlfluid/Luft- Wärmetauscher 82, dem ersten Wärmetauscher 78 und dem Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher 76 zu bringen. Die Vorrichtung 88 zum Umwälzen des Kühlfluids enthält eine erste Umgehungsleitung 92, die einen Einlaß und einen Auslaß des ersten Wärmetauschers 78 miteinander verbindet, um das Übertragen einer überschüssigen Wärmemenge auf den Brennstoff zu verhindern. Ein Ventil 94, das auf die Temperatur des Brennstoffes in dem Brennstoffumwälzsystem 42 anspricht, wird benutzt, um den Durchstrom von Kühlfluid durch den ersten Wärmetauscher 78 zu regulieren. Eine zweite Umgehungsleitung 96 verbindet einen Einlaß und einen Auslaß des Kühlfluid/Brennstoff- Wärmeauschers 76 miteinander, um den Verlust von Abwärme aus dem Kühlfluid während eines Niedertemperaturhochlaufs des Triebwerks 10 zu verhindern. Ein Ventil 98, das auf die Temperatur des Kühlfluids und des Kühlfluidkreislaufs 48 anspricht, reguliert den Durchstrom von Kühlfluid durch die Umgehungsleitung 96 des Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauschers 76.

Während des Betriebes des Axialgasturbinentriebwerks 10 werden Arbeitsgase in Form von Luft in das Axialgasturbinentriebwerk 10 gesaugt und in dem Verdichterabschnitt 26 verdichtet, was zur Folge hat, daß die Temperatur und der Druck der Arbeitsgase ansteigen. Die Arbeitsgase strömen zu dem Verbrennungsabschnitt 28. Brennstoff aus dem Brennstofftank 50 wird durch die Brennstoffdüse 56 in den Verbrennungsabschnitt 28 eingespritzt. Der Brennstoff und die Arbeitsgase werden vermischt und verbrannt, um die Temperatur der Arbeitsgase zu erhöhen. Die Arbeitsgase expandieren in dem Turbinenabschnitt 30, um das Flugzeug anzutreiben, an dem das Triebwerk 10 befestigt ist.

Bewegte Teile des Triebwerks 10 werden durch Schmieröl geschmiert, das über das Triebwerksölsystem 44 den bewegten Teilen zugeführt wird. Das Schmieröl verringert, aber beseitigt nicht die Reibung zwischen den Teilen. Durch diese Reibung erzeugte Abwärme wird auf das Schmieröl übertragen und von diesem zu dem Schmieröl/Brennstoff-Wärmetauscher 74 mitgenommen. Die Abwärme wird von dem Schmieröl auf den durch das Brennstoffzufuhrsystem 32 hindurch zu der Brennstoffdüse 56 strömenden Brennstoff übertragen. Abwärme wird außerdem durch den elektrischen Generator 46 erzeugt. Diese Abwärme rührt hauptsächlich von Widerstandserwärmung von Generatorelementen während der Erzeugung von elektrischem Strom für das Flugzeug und in zweiter Linie von mechanischer Reibung und Flüssigkeitsreibung her, die bei dem Betrieb des elektrischen Generators 46 beziehungsweise dem Pumpen des Kühlfluids auftreten. Die Abwärme wird auf das Kühlfluid übertragen, welches durch den Kühlfluidkreislauf 48 strömt. Ebenso wie bei den Lagern des Triebwerks 10 ist das Kühlfluid Schmieröl. Nachdem das Kühlfluid den elektrischen Generator 46 durchströmt hat, wird die Abwärme unter den meisten Betriebsbedingungen von dem Kühlfluid wieder sowohl an den Brennstoff in dem stromabwärtigen Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems 32 über den Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher 76 als auch an den unter Druck stehenden Brennstoff in dem Brennstoffumwälzsystem 42 über den ersten Wärmetauscher 78 abgegeben. Der unter Druck stehende Brennstoff strömt zu dem Brennstoffregler 54. Abwärme wird von diesem Brennstoff auf den Brennstoffregler 54 übertragen.

Bei einem Betrieb mit niedriger Leistung ist der Durchstrom von Brennstoff durch die Wärmetauscher 74 und 76 in dem stromabwärtigen Teil 62 viel geringer als bei einem Betrieb mit hoher Leistung. Die Wärmemenge, die von dem heißen Schmieröl des Triebwerks 10 über den Wärmetauscher 74 auf den Brennstoff übertragen wird, läßt, gekoppelt mit der geringen Brennstoffzufuhr bei niedriger leistung, die Temperatur des Brennstoffes stark ansteigen. Die höhere Temperatur des Brennstoffes verringert bei niedriger Leistung die Fähigkeit des Wärmetauschers 76, Abwärme aus dem durch den elektrischen Generator 46 hindurchgehenden Kühlfluid abzuführen. Durch Abgabe von Abwärme von dem Kühlfluid über den ersten Wärmetauscher 78 an den Brennstoff in dem Brennstoffumwälzsystem 42 wird die Notwendigkeit der Benutzung des Kühlfluid/Luft-Wärmetauschers 82 verringert und in den meisten Fällen vollständig eliminiert. Das ist wichtig, weil der Wärmetauscher 82 benutzt wird, um Abwärme von dem Kühlfluid auf die aus dem Verdichtungsabschnitt des Triebwerks 10 kommenden Arbeitsgase zu übertragen. Es ist klar, daß der Verlust dieser Arbeitsgase, beispielsweise aus dem Sekundärströmungsweg 20, den Wirkungsgrad des Triebwerks 10 verringert.

Die Benutzung des ersten Wärmetauschers 78 ist außerdem bei einem Betrieb in großer Höhe und mit niedriger Leistung wichtig. Beim Betrieb in großer Höhe kann der aus dem Brennstofftank 50 kommende Brennstoff Temperaturen bis -54°C (-64°F) haben. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit in dem Brennstoff kann zur Folge haben, daß sich in dem Brennstoff Eis bildet. Die Wärmeübertragung von dem Kühlfluid in dem Kühlfluidkreislauf 48 auf den umgewälzten Brennstoff blockiert die Bildung von Eis in dem Brennstoffregler 54 bei den meisten Betriebszuständen niedriger Leistung. Der umgewälzte Brennstoff transportiert außerdem Abwärme von dem ersten Wärmetauscher 78 zu dem in das Brennstoffilter 68 eintretenden Brennstoff. Diese Abwärme erwärmt den Brennstoff auf eine Temperatur, die das Anwachsen von wachsartigem Paraffin an dem Brennstoffilter 68 blockiert und demgemäß eine Verschlechterung der Filterleistung, die damit verbunden wäre, verhindert. Die Verwendung des ersten Wärmetauschers 78 verhindert daher bei niedriger Leistung (und verringert bei hoher Leistung) das Erfordernis, dem Betrieb mit niedriger heiße Arbeitsgase zu benutzen, die aus dem Primärströmungsweg 22 zu dem Wärmetauscher 70 zum Erwärmen des Brennstoffes abgeleitet werden. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß ein Wärmegleichgewicht in dem Triebwerk 10 bei niedriger Leistung aufrechterhalten wird, indem Wärme von dem elektrischen Generator 46 auf den Brennstoffregler 54 übertragen wird, um die Bildung von Eis in dem Brennstoffregler 54 zu blockieren und den elektrischen Generator 46 bei geringer Brennstoffzufuhr zu kühlen.

Bei dem Betrieb mit hoher Leistung wird, im Vergleich zu Leistung, eine große Wärmemenge pro Zeiteinheit durch Triebwerksteile erzeugt, die durch das Schmieröl gekühlt werden, welches über das Triebwerksölsystem 44 durch das Triebwerk 10 strömt. Eine plötzliche Leistungsverringerung, beispielsweise eine Leistungsabsenkung vom Reiseflug auf Leerlaufflug, verringert den Brennstoffdurchstrom durch die Wärmetauscher 74 und 76 in dem stromabwärtigem Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems 32. Für eine kurze Zeitspanne danach muß die große Wärmemenge, die sich in den sich bewegenden Teilen und in dem Schmieröl entwickelt hat, durch den Wärmetauscher 74 mit der verringerten Brennstoffzufuhr abgeführt werden. Infolgedessen steigt die Brennstofftemperatur schnell an, bis sie die Temperatur des Kühlfluids übersteigt, das in den Kühlfluidkreislauf 48 des elektrischen Generators 46 strömt. Das hat zur Folge, daß Abwärme über den Wärmetauscher 76 auf das Kühlfluid übertragen wird. Daher gibt für eine kurzen Zeitspanne das Kühlfluid keine Abwärme an den Brennstoff ab, sondern empfängt Abwärme von dem durch den Wärmetauscher 76 hindurchströmenden Brennstoff. Durch Verwendung des ersten Wärmetauschers 78 wird diese Abwärme aus dem stromabwärtigen Teil 62 des Brennstoffzufuhrsystems von dem Kühlfluid wieder auf den stromaufwärtigen Teil 60 übertragen. Diese Übertragung der Abwärme auf den Brennstoff minimiert die Auswirkung eines Übergangseffekts auf die Temperatur und die Wärmekapazität des Kühlfluids, der aus der plötzlichen Leistungsabsenkung des Triebwerks 10 resultiert, und hat die oben dargelegte vorteilhafte Auswirkung auf den Brennstoffregler 54 und das Brennstoffilter 68. Darüber hinaus verringert die Verwendung des ersten Wärmetauschers 78 die Notwendigkeit, während einer Übergangsperiode den Kühlfluid/Luft-Wärmetauscher 82 mit dem damit verbundenen Verlust an Triebwerkswirkungsgrad zum Abführen der Abwärme aus dem Kühlfluid zu verwenden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erwärmen des Brennstoffes im Brennstoffzufuhrsystem eines Gasturbinentriebwerks, das unter Betriebsbedingungen arbeitet, bei denen die Temperatur des Brennstoffes niedriger als der Gefrierpunkt des Wassers liegen kann, wobei ein Teil von geregeltem Brennstoff aus einem Brennstoffregler (54) umgewälzt und dem Brennstoffzufuhrsystem stromaufwärts des Brennstoffreglers (54) wieder zugeführt wird und wobei im Betrieb des Gasturbinentriebwerks erzeugte Abwärme auf den Brennstoff übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Abwärme die beim Betrieb eines vom Gasturbinentriebwerk angetriebenen elektrischen Generators (46) erzeugte Abwärme stromabwärts des Brennstoffreglers (54) auf den Brennstoff übertragen wird und daß der umgewälzte Teil des Brennstoffes dem Brennstoffzufuhrsystem an einer Stelle stromwabwärts des Brennstofftanks (50) wieder zugeführt und durch den Brennstoffregler (54) umgewälzt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer an das Brennstoffzufuhrsystem angeschlossenen Brennstoffumwälzleitung (80), die von einer Brennstoffleitung (58) stromabwärts des Brennstoffreglers (54) zu der Brennstoffleitung (58) stromabwärts des Brennstofftanks (50) und stromaufwärts des Brennstoffreglers (54) führt und durch einen ersten Wärmetauscher (78) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlfluidkreislauf (48) vorgesehen ist, in welchem der elektrische Generator (46) und der ersten Wärmetauscher (78) liegen, und daß der in der Brennstoffumwälzleitung (80) liegende erste Wärmetauscher (78) als Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher ausgebildet und von dem Kühlfluid durchströmbar ist, nachdem das Kühlfluid den elektrischen Generator (46) durchströmt hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmierölleitung durch einen Schmieröl/Brennstoff-Wärmetauscher (74) verläuft, der stromabwärts des Brennstoffreglers (54) in der Brennstoffleitung ((58) angeordnet ist, daß ein zweiter Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher (76) in der Brennstoffleitung (58) hinter dem Schmieröl/Brennstoff- Wärmetauscher (74) angeordnet ist und daß der Kühlfluidkreislauf (48) durch den zweiten Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher (76) verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffumwälzleitung (80) stromaufwärts des Schmieröl/Brennstoff-Wärmetauschers (74) von der Brennstoffleitung (58) abzweigt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidkreislauf (48) eine Umgehungsleitung (92) für den ersten Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher (78) aufweist, die über ein Ventil (94) in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffes in der Brennstoffumwälzleitung (80) gesteuert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidkreislauf (48) eine Umgehungsleitung (96) für den zweiten Kühlfluid/Brennstoff-Wärmetauscher (76) aufweist, die über ein Ventil (98) in Abhängigkeit von der Kühlfluidtemperatur des elektrischen Generators (46) gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlfluidkreislauf (48) durch einen Kühlfluid/Luft-Wärmetauscher (82) verläuft, der in einer Fanluftabzweigleitung (84) des Gasturbinentriebwerks angeordnet ist, die durch ein Ventil (86) in Abhängigkeit von der Kühlfluidtemperatur des elektrischen Generators (46) gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffleitung (58) stromaufwärts des Brennstoffreglers (54) ein Brennstoffilter (68) vorgesehen ist und daß die Brennstoffumwälzleitung (80) stromaufwärts des Filters (68) in die Brennstoffleitung (58) mündet.