DE3318336A1

DE3318336A1 - Schubverstaerkersystem

Info

Publication number: DE3318336A1
Application number: DE19833318336
Authority: DE
Inventors: Howard Jones 33408 North Palm Beach Fla. McLean
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1982-05-27
Filing date: 1983-05-19
Publication date: 1983-12-08
Also published as: IL68592A; US4423595A; DE3318336C2; JPS58217725A; JPH0319893B2

Description

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Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt Proffissional representatives before the European Patent Office

Frhardtstrasse !?, D 8000 München 5

Patentanwälte Meiiyos & Prahl. Erhaicllstr 1?. IJ-8000 München 5 Dipl.-lng.Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr. Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref

UnserZeichen/Ourref. U

Datum/Date 19.05.83

United Technologies Corporation Hartford, Connecticut 06101, V.St.A.

Schubverstärkersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schubverstärkersystem für ein Gasturbinentriebwerk.

Bei einer Bauart eines Schubverstärker- oder Nachbrennersystems für ein Gasturbinentriebwerk sind Brennstoffsprührohre in Form von Stangen oder Ringen oder anderen Arten von BrennstoffSprühvorrichtungen in dem Abgaskanal stromabwärts der Turbine angeordnet, um Brennstoff während des Schubverstärkerbetriebes in den Abgaskanal zu sprühen. Dieser Brennstoff wird in dem Abgaskanal verbrannt, wodurch zusätzlicher Schub erzeugt wird. Ein Flammenhalter, der stromabwärts der Brennstoffsprühvorrichtung angeordnet ist, hält die Flamme innerhalb des Kanals stationär. Die US-Patentschriften 3 295 325 und 4 185 458 zeigen typische Schubverstärkersysteme für Gasturbinentriebwerke .

Wenn der Schubverstärker abgeschaltet wird, wird der restliche Brennstoff innerhalb der Sprühvorrichtung im allge-

meinen abgelassen und über Bord geleitet, um zu verhindern, daß die Vorrichtung verkokt. Dadurch, daß dieser Brennstoff über Bord geleitet wird, wird eine Dampfwolke oder Kennung erzeugt, die unerwünscht ist, weil sie einem Feind hilft, das Flugzeug zu orten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schubverstärkersystem zu schaffen, bei dem Restbrennstoff aus der Schubverstärkerbrennstoffsprühvorrichtung nach dem Abschalten der Schubverstärkung entfernt wird.

Der Restbrennstoff soll aus der Brennstoffsprühvorrichtung eines Schubverstärkersystems nach dem Abschalten des Schubverstärkers entfernt werden, ohne daß eine Dampfwolke zurückbleibt.

Demgemäß enthält ein Schubverstärkersystem für ein Gasturbinentriebwerk eine Brennstoffsprühvorrichtung stromaufwärts eines Flammenhalters und eine Brennstoffablaßvorrichtung mit einer Leitung, die einen Auslaß innerhalb.des Flammenhalters hat und mit der Sprühvorrichtung verbunden ist, so daß nach dem Abschalten der Brennstoffzufuhr zu der Sprühvorrichtung der restliche Brennstoff innerhalb der Sprühvorrichtung über die Leitung abfließt und in dem Flammenhalter verbrannt wird.

Der Brennstoff kann aufgrund eines Druckabfalls von den Sprühvorrichtungsbrennstoffauslassen zu dem AbIaßvorrichtungsauslaß innerhalb des Flammenhalters oder aufgrund einer Druckhöhe von flüssigem Brennstoff an dem Ablaßvorrichtungsauslaß oder aufgrund einer Kombination von beiden abfließen. Vorzugsweise befindet sich der Auslaß der Ablaßvorrichtung an oder in der Nähe der Unterseite des Triebwerks, um die Schwerkraftwirkung bei dem Ablaßvorgang zu maximieren.

Vorzugsweise befindet sich außerdem eine öffnung in dem Flammenhalter unmittelbar stromaufwärts und axial in einer Linie mit dem Auslaß der Ablaßvorrichtung, wodurch Abgase, die durch die Öffnung hindurchgehen, helfen, den aus dem Ablaßvorrichtungsauslaß austretenden Brennstoff anzusaugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte, teilweise

schematische perspektivische Ansicht des Nachbrennerteils eines Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine Ansicht nach der Linie 2-2

in Fig. 1/

Fig. 3 eine Ansicht nach der Linie 3-3

in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines teil

weise weggebrochen dargestellten Flammenhalters, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt, und

Fig. 5 eine Ansicht nach der Linie 5-5

in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 umgibt ein Gasturbinentriebwerksgehäuse 6 einen Turbinenabgaskanal 8 und den Triebwerksheckkegel Der Abgaskanal 8 und der Heckkegel 10 begrenzen einen im Querschnitt ringförmigen Turbinenabgasströmungsweg 12, der sich um die Triebwerksmittellinie 14 erstreckt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Schubverstärkersystems nach der Erfindung ist insgesamt mit der Bezugszahl 16 bezeichnet. Das Schubverstärkersystem 16 enthält einen Flammenhalter 1 8 und ringförmige Brennstoffsprührohre 20 (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Brennstoffsprührohre), die stromaufwärts desselben innerhalb des Gasströmungsweges 12 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sprührohre zwar als Kreisringe ausgebildet, es könnten jedoch auch sich radial erstreckende Stangen od.dgl. oder eine Kombination aus Stangen und Ringen sein. Das Schubverstärkersystem enthält außerdem eine Schubverstärkerbrennstoff zuführleitung 22, die als Verteiler dient, um den Brennstoff aus einer Brennstoffversorgungseinrichtung 23 auf mehrere Brennstoffrohre 24 zu verteilen. Jedes Rohr 24 führt den Brennstoff einem der Sprühringe 20 zu. Die Brennstoffrohre 24 sind an dem Gehäuse 6 mittels Anschlußstücken 26 befestigt. Die Brennstoffzufuhr zu jedem Sprühring 20 über jedes Brennstoffrohr 24 wird durch ein gesondertes Ventil 27 gesteuert.

Die Sprühringe 20 haben jeweils mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete, düsenartige öffnungen 28, über die der Brennstoff während der Schubverstärkung radial nach innen gesprüht wird. Die öffnungen 28, die eine feste Größe oder einen veränderbaren Querschnitt haben können, können auf irgendeine bekannte Weise ausgelegt und aufgebaut sein und werden nicht als Teil der Erfindung betrachtet. Der Einfachheit halber sind die öffnungen 28 in Fig. 1 lediglich als Löcher in den Sprühringen 20 dargestellt.

Der Flammenhalter 18 kann ebenfalls auf bekannte Weise aufgebaut sein, mit Ausnahme einer örtlichen Modifizierung, die weiter unten in Verbindung mit der Erfindung beschrieben ist. Gemäß der Darstellung in den l-'iq. I und 2 hat dor

Flanunenhalter in dem beschriebenen Ausführungsbexspiel eine ringförmige, im Querschnitt V-förmige Rinne 30, von der aus sich mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete, im Querschnitt V-förmige Rinnen 32, 34 radial nach innen bzw. außen erstrecken. Die Rinnen 30, 32 und 34 weisen alle in die stromabwärtige Richtung, und die radial innersten Enden 36 der Rinnen 32 und die radial äußersten Enden 38 der Rinnen 34 sind mit Endkappen 40 bzw. 42 versehen, die die Enden der Rinnen verschließen, um zu verhindern, daß sich die Flamme radial ausbreitet und den Triebwerksheckkegel 10 oder den Abgaskanal 8 beschädigt.

Gemäß der Erfindung enthält das Schubverstärkersystem 16 außerdem einen Restbrennstoffablaß, der insgesamt mit der Bezugszahl 44 bezeichnet ist. Der Brennstoffablaß 44 besteht aus einer Ablaßleitung 46 mit einem äußeren Teil 49 außerhalb des Triebwerksgehäuses 6 und mit einem inneren Teil 50 innerhalb des Triebwerksgehäuses 6. Der innere Teil 50 hat einen Auslaß 48 der Leitung 46. Der äußere und der innere Teil 49, 50 sind mit einander und mit dem Triebwerksgehäuse 6 durch ein Anschlußstück 52 verbunden, das mit dem Triebwerksgehäuse verschraubt ist. Die Ablaßleitung 46 steht mit den einzelnen Brennstoffrohren 24 und den Sprühringen 20 über die Ventile 27 und über Verbindungsleitungen 53 in Verbindung.

Gemäß den Fig. 2, 3 und 5 hat die sich radial erstreckende Rinne 34, die ungefähr an der unteren Seite des Gasströmungsweges 12 angeordnet ist, eine U-förmige Durchgangsöffnung 62 in der im Querschnitt V-förmigen Wand der Rinne 34 nahe der Endkappe 42. Ein im Querschnitt U-förmiger Winkel 64 ist um die öffnung 62 zu Verstärkungszwecken angeschweißt. Der innere Teil 50 der Leitung 46 erstreckt sich von dem Triebwerksgehäuse 6 aus radial nach innen und hat einen End-

teil 66, der sich über die öffnung 62 stromabwärts in die Rinne 34 erstreckt, so daß der Auslaß 48 der Leitung 46 innerhalb der Rinne 34 ist. Die öffnung 62 sollte groß genug sein, um ausreichend Raum um den Endteil 66 zu schaffen, der eine Relativbewegung zwischen dem Endteil 66 und dem Flammenhalter 18 aufgrund von thermischer Expansion und Kontraktion gestattet.

Das Schubverstärkersystem nach der Erfindung arbeitet folgendermaßen: Zum Starten der Nachverbrennung wird die Brennstoffzufuhr zu jedem Sprühring 20 eingeleitet, indem Kolben 68 der Ventile 27 sequentiell nach links bewegt werden, wodurch Brennstoffeinlaßöffnungen 70 der Ventile 27 geöffnet werden. Während die Einlaßöffnungen 70 offen sind (gestrichelte Stellung des Ventils 27) , wird eine Ablaßauslaßöffnung 72 des Ventils 27 mittels eines Stopfens 74 geschlossen gehalten, der durch eine Feder 76 gegen die Auslaßöffnung gedrückt wird. Der Stopfen 74 ist an dem Ende einer Stange 78 befestigt, die an der Ventilwand 80 an einer Stelle 82 angelenkt ist. In dieser Ablaßschließstellung füllt der Brennstoff in der Zufuhrleitung 22 ein oder mehrere Rohre 24 und Sprühringe 20 und wird über die öffnungen 28 in den Ringen in den Abgaskanal 12 gesprüht.

Zum Abschalten des Nachbrenners oder eines oder mehrer Sprühringe werden die Kolben 68 nach rechtes bewegt, bis die Brennstoffeinlaßöffnungen 70 geschlossen sind. Nach dem Schließen einer Einlaßöffnung 70 bewirkt die fortgesetzte Bewegung des Kolbens nach rechts, daß eine Stange 84, die an dem Kolben befestigt ist, die Ablaßauslaßöffnung 72 durch Drehen der schwenkbar angelenkten Stange 78 im Gegenuhrzeigersinn Öffnet. Dadurch wird eine direkte Verbindung zwischen der Ablaßleitung 46, dem Bronnstoffrohr 24, das dem betreffenden Ventil 27 zugeordnet ist,

und dem Sprühring 20 hergestellt, der dem betreffenden Brennstoffrohr 24 zugeordnet ist. Aufgrund des Druckabfalls an dem Flammenhalter 18 ist der Gasdruck an den öffnungen 28 einige hundert Millibar höher als der Gasdruck an dem Auslaß 48 der Ablaßleitung 46. Daher wird restlicher flüssiger Brennstoff in den Brennstoffrohren 24 und in den Sprühringen 20 in die Ablaßleitung 46 gedrückt und über den Auslaß 48 in den GasStrömungsweg 12 gesprüht und darin verbrannt. Die Turbinenabgase, die durch die öffnung 62 in dem Flammenhalter 18 hindurchgehen, der auf den Auslaß 48 axial ausgerichtet und stromaufwärts desselben angeordnet ist, helfen, den restlichen Brennstoff anzusaugen und mit sich zu vermischen, wenn er die Leitung 46 verläßt, wodurch das Verbrennen erleichtert wird. Andere Vorrichtungen können ebenfalls benutzt werden, um das Vermischen des Brennstoffes mit dem heißen Gasstrom zu unterstützen, beispielsweise Wirbelschaufeln, die in dem Endteil 66 der Leitung 46 angeordnet werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Teile wie in Fig. 1 tragen die gleichen Bezugszahlen, die aber mit einem hochgesetzten Strich versehen worden sind. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel hat die Rinne 34' des Flammenhalters 18, in die der restliche Brennstoff gesprüht wird, keine Endkappe 42. Die Ablaßleitung 46' erstreckt sich radial in die Rinne 34' über deren offenes Ende 38'. Es kann vorteilhaft sein, obgleich es hier nicht dargestellt ist, eine Öffnung in der Rinne 34' stromaufwärts und axial fluchtend mit dem Ablaßleitungsauslaß 48' vorzusehen, um das Ansaugen von aus dem Auslaß 48' austretendem Brennstoff zu unterstützen. Weil sich die Flamme radial nach außen über das offene Ende 38' der Rinne 34' ausbreiten kann, besteht die Möglichkeit, daß diese Ausführungsform für einige Verwendungszwecke nicht geeignet ist.

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

f 1 J Schubverstärkersystem für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Achse und einem Turbinenabgasströmungsweg, gekennzeichnet durch:

eine Brennstoffsprühvorrichtung (20) , die in dem Strömungsweg (12) angeordnet ist;

eine Brennstoffzufuhrvorrichtung (22, 23), die zur Zufuhr von Brennstoff zu der Sprühvorrichtung mit dieser verbunden ist?

einen Flammenhalter (18) stromabwärts der Sprühvorrichtung; eine Brennstoffablaßvorrichtung (44) mit einer Ablaßleitung (46; 46"), die einen Auslaß (48; 48') innerhalb des Flammenhalters hat; und

eine Ventilvorrichtung (27), die mit der Ablaßleitung (46) und mit der Brennstoffzufuhrvorrichtung (22, 23) verbunden ist und eine Vorrichtung (68, 74) zum Absperren der Brennstoffzufuhr zu der Sprühvorrichtung und zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Sprühvorrichtung und der Ablaßleitung beim Absperren der Brennstoffzufuhr zu der Sprüh-

vorrichtung zum Ablassen von restlichem Brennstoff aus der Sprühvorrichtung in den Flammenhalter aufweist.
2. Schubverstärkersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (48; 48") an der unteren Seite des GasStrömungsweges (12) angeordnet ist, um die Schwerkraftdruckhöhe des restlichen Brennstoffes an dem Auslaß während des Ablassens zu maximieren.
3. Schubverstärkersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenhalter (18) eine Wand hat, die eine in stromabwärtige Richtung weisende Rinne (34; 34') bildet, in der der Auslaß (48; 48') angeordnet ist.
4. Schubverstärkersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand eine Durchgangsöffnung (62) hat, die stromaufwärts des Auslasses (48) und axial in einer Flucht mit diesem angeordnet ist.
5. Schubverstärkersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung (20) mehrere Sprührohre umfaßt, die um die Triebwerksachse (14) angeordnet sind, und mehrere Brennstoffrohre (24), die mit den Sprührohren und mit der Brennstoffzufuhrvorrichtung (22, 23) verbunden sind, um Brennstoff aus der Brennstoffzufuhrvorrichtung den Sprührohren zuzuführen.
6. Schubverstärkersystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn- " zeichnet, daß die Rinne (34') eine radiale Rinne ist, die ein offenes, radial äußerstes Ende (38') hat, und daß die Leitung (46*) ein Rohr umfaßt, das sich von dem Abgaskanal (8) aus radial einwärts in die Rinne über deren offenes Ende erstreckt.
7. Schubverstärkersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand einen sich radial erstreckenden Teil

umfaßt, der eine sich radial erstreckende Rinne (34) bildet, die ein geschlossenes radial äußerstes Ende (38) hat, wobei der sich radial erstreckende Teil eine Durchgangsöffnung (62) hat, und daß die Leitung (46) ein Rohr ist, das sich von dem Abgaskanal (8) aus radial nach innen erstreckt und einen Endteil (66) hat, der sich in ;tromabwärtiger Richtung über die öffnung (62) in die Pmne (34) erstreckt.
8. Schubverstärkersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung (27) ein gesondertes Ventil (27) hat, das mit einem entsprechenden Brennstoffrohr (24) und mit der Ablaßleitung (46; 46') in Verbindung steht, um die Brennstoffzufuhr zu jedem Sprührohr (20) individuell zu steuern.
9. Schubverstärkersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprührohre (20) kreisförmige Ringe sind.