DE3500447C2

DE3500447C2 - Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE3500447C2
Application number: DE3500447A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef 3500 Kassel Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-09
Filing date: 1985-01-09
Publication date: 1986-08-21
Also published as: DE3500447A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Gasturbine mit axialem Brenngasstrom und äußerer Schaufelkühlung, bei der die Turbinenräder durch einen im separaten Gehäusesektor geführten Luftstrom gekühlt werden. Die in der partiellen Brenngas-Beaufschlagung der Turbinenräder begründete Minderleistung dieser Gasturbinen kann auch mit einer Folge-Aufheizung des Brenngases nach der ersten Turbinenstufe nicht ausreichend behoben werden, weil die Leistung der nachfolgenden Turbinenstufen kleiner als die der ersten Stufe ist. Erfindungsgemäß wird jeder Folge-Brennkammer über eine Rohrverbindung Frischluft aus dem Verdichter zugeführt, so daß auch dort der gleiche Brenngasdruck wie in der ersten Stufe besteht. Als Flugzeug-Strahltriebwerk ist diese Gasturbine für den Stratosphären-Flug mit äußeren Zusatz-Brennkammern ausgestattet, welche bei Sauerstoffmangel mit Knallgas beziehungsweise bei Überschallgeschwindigkeit mit der bekannten Staudruckverdichtung betrieben werden. Wegen der optimalen Schaufelkühlung der Turbinenräder eignet sich diese Gasturbine für den leistungsstarken Betrieb mit Wasserstoff als Brennstoff. Ohne die äußeren Zusatzbrennkammern ist diese Gasturbine auch ein schadstofffreies Fahrzeugtriebwerk.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk, in dessen Axial-Gasturbine die äußere Schaufelkühlung der Turbinenräder durch einen im abgeteilten Gehäusesektor geführten Verdichter-Luftstrom erfolgt. Diese optimale Schaufelkühlung vermindert aber die Turbinen-Leistung, weil die Turbinenräder während ihres Umlaufes nicht ständig vom Brenngas, sondern auch von der aus dem Verdichter kommenden Kühlluft durchströmt werden.

Ein derartiges aber in der Turbinenleistung verbessertes Triebwerk ist mit der DDR-Patentschrift Nr. 1 18 919 bekanntgeworden. Ihr Wesen besteht darin, daß die Antriebsturbinen der beiden Verdichter aus den beiden Turbinenrädern einer gegenläufigen partiell gekühlten Axialturbine ohne Leiteinrichtungen bestehen. Hierbei sind zur Erzielung höherer Druckverhältnisse zwei Axialverdichter hintereinander geschaltet, welche mit verschiedener Drehzahl laufen, wobei sie mittels zweier Wellen, einer Innen- und einer äußeren Hohlwelle, von verschiedenen Turbinen angetrieben werden. Die Verwendung der gegenläufigen und partiell gekühlten Axialturbine hat den Vorteil, daß feststehende Leiteinrichtungen entbehrlich sind. — Eine nachgeschaltete Niederdruckturbine wird aber in diesem Triebwerk nicht mehr partiell gekühlt, sondern mit einem Gemisch aus Brenngas, welches aus einer nachgeordeten Brennkammer kommt, und Luft durchströmt, so daß hier wieder die Gefahr der Wärme-Überbeanspruchung der Laufschaufeln und damit ihre eng begrenzte Einsatzzeit besteht. Außerdem muß sie teilweise mit dem Rest-Sauerstoff der aus der vorgeschalteten Doppelturbine kommenden Luft arbeiten, wodurch ihre Leistung entsprechend niedriger ausfällt. — In der aus zwei gegenläufigen und unmittelbar hintereinander angeordneten Turbinenrädern bestehenden Axialturbine ergibt sich bekanntlich ein Stufen-Druckgefälle vom ersten zum zweiten Turbinenrad, so daß diese zwei Turbinenräder auch nur eine unterschiedliche Leistung abgeben können. — Schließlich ist in die Brennkammern beider Turbinenstufen des vorgenannten Triebwerkes keine Verdichterluft eingeleitet, so daß die Gemischbildung, die Verbrennung und die Brennkammer-Kühlung nicht optimal sind.

Aufgabe dieser Erfindung war es, die Leistung und Turbinenkühlung eines Gasturbinenstrahltriebwekes wesentlich zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Der mit dieser Erfindung erzielbare Fortschritt besteht in der Leistungssteigerung und Verbesserung der Turbinenkühlung, sowie der Schadstoff-Minderung der Turbinen-Abgase durch die Mehrfachverbrennung des Brenngases in jeder nahfolgenden Turbinenstufe mit Frischluft betriebenen Brennkammern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit den Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Zu A b b. 1

Im Turbinengehäuse 1 sind in bekannter Weise der vielstufige Verdichter 20, die Brennkammern 13, 13-2, 13-3 und die Turbinenstufen 6,6-2,6-3 angeordnet. Das Turbinengehäuse 1 ist durch die Trennwand 2 in den Verbrennungsgas-Sektor 3 und Luft-Sektor 4 geteilt Zwischen dem Verdichter 20 und dem Turbinengehäuse 1 ist ein Luft-Verteilergehäuse 33 angeordnet, von welchem die Luft-Verbindungen sowohl zum Verbrennungsgas-Sektor 3 und Luft-Sektor 4, als auch mittels der Luftverbindungsrohre 11 zu den Folge-Brennkammern 13-2,13-3 und Leiteinrichtungen der Folge-Turbinenstufen 6-2, 6-3 hergestellt sind. Die Luft-Verbindungsrohre 11 münden in schräg am Turbinengehäuse 1 angebrachte Nischen 1-1, und zwar an beiden Gehäuse-Sektoren. Durch die Luft-Verbindungsrohre 11 erhalten auch die Folge-Brennkammern 13-2, 13-3 eine ausreichende Luft-Menge für ein mageres und somit schadstoffarmes Brennstoff-Luft-Gemisch. Die Turbinenräder der Stufen 1 bis 3 haben den gleichen Durchmesser, weil sie mit annähernd gleichem Druck arbeiten. Die letzten Folge-Turbinenstufen 6-4 sind in bekannter Weise mit stufenweise größer werdenden Turbinenrädern ausgestattet. Vor dem Verdichter 20 ist in bekannter Weise eine von der Welle 5 angetriebene Luftschraube 39 angeordnet, welche bekanntlich den Luft-Mantelstrom erzeugt. — An ihre Stelle könnte, um ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu nennen, auch ein stärkerer Luft-Beschleuniger, zum Beispiel ein Teil des Verdichters 20, den Luft-Mantelstrom auf eine noch größere Geschwindigkeit beschleunigen und damit dieses Triebwerk auch für Überschall-Flugzeuge interessant machen. — Im Luft-Verteilergehäuse 33 sind vor dem Luft-Sektor 4 radiale Kühlrippen 35 angeordnet, welche auch in den Ringkanal 37 hineinragen, so daß dort aus der verdichteten Luft die Kompressionswärme in den Luft-Mantelstrom abgeleitet werden kann, und die für die Kühlung derTurbinenradschaufeln bestimmte Luft ihre Funktion ausüben kann.

Zu A b b. 2

Diese Abbildung zeigt die Teilung des Turbinengehäuses 1 durch die Trennwand 2 in den Verbrennungs-

OO

gas-Sektor 3 und Luft-Sektor 4, sowie die Lage der
radialen Kühlrippen 35, weiche sowohl in den Luft-Sektor 4 als auch in den Ringkanal 37 hineinragen. Auch die
Vielzahl der Luft-Verbindungsrohre 11 ist ersichtlich,
ebenso die Anordnung der Brennkammern 13 im Verbrennungsgas-Sektor 3.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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SO

J5

CO

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Claims

35 OO Patentansprüche:

1. Gasturbinenstrahltriebwerk, bei dem nur ein Sektor der mehrstufigen Turbine mit Verbrennungsgasen beaufschlagt ist, während der übrige Sektor mit Luft aus dem Verdichter beaufschlagt ist und bei dem nach der ersten Turbinenstufe eine weitere Verbrennung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ίο

— vor mehreren, der ersten Turbinenstufe (6) nachfolgenden Folge-Turbinenstufen (6-2, 6-3) in den Verbrennungsgas-Sektor (3) gerichtete Folge-Brennkammern (13-2, 13-3) angeordnet sind, welche über Luft-Verbindungsrohre (11) und ein Luft-Verteilergehäuse (33) mit dem Auslaß des Verdichters (20) des Triebwerks in Verbindung stehen, und

— vor den genannten Folge-Turbinenstufen (6-2, 6-3) in den Luft-Sektor (4) mündende Luft-Verbindungsrohre (11) vorgesehen sind, die über das Luft-Verteilergehäuse (33) mit dem Auslaß des Verdichters (20) in Verbindung stehen.

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2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Mantelstromtriebwerk ausgebildet ist und in dem Luft-Verteilergehäuse (33) radiale Kühlrippen (35) angeordnet sind, die auch in den Ringkanal (37) des Mantelstroms hineinragen.