DE60220737T2

DE60220737T2 - Abblassystem für ein Bläsertriebwerk mit vereinfachter Regelung

Info

Publication number: DE60220737T2
Application number: DE60220737T
Authority: DE
Inventors: Michel Gilbert Brault; Pascal Noel Brossier
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: EP1249618A1; DE60220737D1; JP4030788B2; CA2380779A1; US20020148216A1; JP2002327630A; CA2380779C; US6622475B2; FR2823532A1; FR2823532B1; EP1249618B1; RU2222708C2

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Zweikreis-Turbomaschinen und insbesondere Zweikreis-TL-Triebwerke für Flugzeuge.
Bei einem Zweikreis-TL-Triebwerk mit hohem Verdünnungsverhältnis ist im Primärstrom von vorn nach hinten in Strömungsrichtung der Gase gesehen ein Niederdruckverdichter vorgesehen, gefolgt von einem Hochdruckverdichter, der komprimierte Luft einer Brennkammer zuführt, in der die Luft mit unter Druck stehendem Brennstoff vermischt wird, der dann verbrannt wird, um hinter der Brennkammer Energie an eine Hochdruckturbine, die den Hochdruckverdichter antreibt, sodann an eine Niederdruckturbine, die das Gebläse und den Niederdruckverdichter antreibt, abzugeben. Die aus den Turbinen austretenden Gase liefern einen Restschub, der zu dem von den in der Mantelstrombahn zirkulierenden Gasen erzeugten Schub hinzukommt, wobei diese Schübe für den Antrieb des Luftfahrzeugs erforderlich sind.
Unter bestimmten Flugbedingungen, beispielsweise bei Teillast in der Anflugphase des Luftfahrzeugs, kann die von dem Niederdruckverdichter abgegebene Luftmenge für ein korrektes Arbeiten des Motors zu hoch sein, so dass es erforderlich ist, einen Teil dieser Luft zur Mantelstrombahn umzuleiten, um das Auftreten des sogenannten Pump-Phänomens zu verhindern, das darauf zurückzuführen ist, dass sich Stromfäden entlang der Schaufeln ablösen und damit die Strömung instabil machen.
Wenn das Luftfahrzeug Wolken von großen Ausmaßen durchquert, können ferner Wassermengen in Form von Regen oder Graupel in die Verdichter eindringen. Falls der Motor sich im Vollgas-Betrieb befindet, wird das Wasser verdampft und befindet sich in einem Dampfzustand, in dem es ausreichend heiß und zerstäubt ist, so dass es kein Verlöschen in der Brennkammer bewirkt, die mit einer großen Menge Brennstoff gespeist wird. Befindet sich das Luftfahrzeug jedoch in der Anflug- oder Sinkphase vor der Landung, dreht der Motor im Leerlauf, der Kompressionsgrad der Verdichter ist relativ gering und es kann Wasser in flüssigem oder festem Zustand bis in die Brennkammer gelangen und die Verbrennung eines der Brenner, ja sogar aller Brenner auslöschen, da die eingespeiste Brennstoffmenge relativ gering ist. Dies kann schwerwiegende Folgen haben.
Deswegen sind die Auslassvorrichtungen der Turbotriebwerke im Allgemeinen mit bewegbaren Schöpfern ausgestattet, die unter der Einwirkung von komplexen Steuerorganen in den Primärstrom in dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter eindringen können. Indem dieser ringförmige Zwischenraum axial schwanenhalsförmig ausgeführt ist, werden die Wasserpartikel, die auf Grund ihres spezifischen Gewichts an der Außenwand des Primärstroms entlang strömen, durch die Schöpfer eingefangen und zur Mantelstrombahn umgeleitet.
In der Schrift GB 2 259 328 ist eine solche Auslassvorrichtung beschrieben, bei der die Schöpfer durch eine Synchronisationsvorrichtung, die in dem Zwischengehäuse angeordnet ist, betätigt, um die entnommene Luft und die Partikel feststehenden Rohren zuzuführen, welche sie in die Mantelstrombahn hinter den Stützstreben des Motors abführen.
In der Schrift EP 0 407 297 sind in der Innenwand und der Außenwand des Gehäuses zwischen den Strömungsbahnen Klappen vorgesehen, die synchron betätigt werden und radial nach außen bewegbar sind.
In der Schrift EP 0 374 004 sind ebenfalls in der Außenwand der Primärstrombahn Klappen vorgesehen, die mit einer Abschöpfvorrichtung verbunden sind.
Bei all diesen Auslassvorrichtungen sind die Steuerorgane für die Schöpfer und Klappen in dem zwischen den Strömungsbahnen befindlichen Gehäuse angeordnet und arbeiten synchron. Diese Steuerorgane, die einen Steuerring, Pleuelstangen, Hydraulikzylinder oder Seile umfassen, um angelenkte Klappen oder Schöpfer zu betätigen, sind relativ komplex und außerdem bei unvermeidlichen Wartungsarbeiten schwer zugänglich.
Diese Erfindung hat zur Aufgabe, eine Zweikreis-Turbomaschine vorzuschlagen, bei der die Auslassvorrichtungen im Wesentlichen von statischen Elementen gebildet werden.
Diese Erfindung betrifft daher eine Zweikreis-Turbomaschine, insbesondere Zweikreis-TL-Triebwerk für Flugzeuge, die zwischen der Primärstrombahn und der Mantelstrombahn ein Aufbau-Zwischengehäuse aufweist, das axial zwischen einem Niederdruckverdichter und einem Hochdruckverdichter angeordnet ist, und das Auslassmittel zur Ableitung eines Teils des von dem Niederdruckverdichter abgegebenen Gasstroms zu der Mantelstrombahn hin aufweist.
Diese Turbomaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassmittel einen ringförmigen Hohlraum, der vor dem Zwischengehäuse in der Außenwand der Primärstrombahn eine Sammelleitung bildet, die in ständiger Verbindung zu der Primärstrombahn steht, sowie eine Vielzahl von im Wesentlichen axial verlaufenden Leitungen, die in dem Zwischengehäuse ausgeführt sind und mit dieser Sammelleitung verbunden sind, sowie eine Vielzahl von Rohren, die um den Hochdruckverdichter herum angeordnet sind, der diese Leitungen mit der Mantelstrombahn in Verbindung setzt, umfassen, wobei diese Rohre mit Durchflussregelventilen ausgerüstet sind.
Vorteilhafterweise sind das Zwischengehäuse und die Leitungen als ein einziges Gussstück ausgeführt. Das Zwischengehäuse weist eine Vielzahl von radialen Armen auf, und die Leitungen sind zwischen diesen radialen Armen angeordnet.
Vorzugsweise kommuniziert die Sammelleitung mit der Primärstrombahn durch eine Anzahl von Öffnungen, die in der Außenwand der inneren Strömungsbahn ausgeführt sind und ein Gitter bilden.
Höchst vorteilhafterweise sind die Durchflussregelventile getrennt einstellbar.
So wird eine große Luftmenge aus der Primärstrombahn entnommen und über die ringförmige Sammelleitung, die Leitungen und die Rohre zur Mantelstrombahn geführt, wenn alle Durchflussregelventile geöffnet sind.
Wenn nur ein Durchflussregelventil geöffnet ist, wird nur eine geringe Luftmenge aus der Primärstrombahn entnommen. Diese geringe Luftmenge, die aus dem radial äußeren Bereich der Primärstrombahn kommt, ist stark mit Wasserpartikeln angereichert. Die Auslassvorrichtung erfüllt also die Rolle einer Partikelfalle. Die gleiche Funktion wird ausgeübt, wenn alle Ventile auf geringen Durchsatz eingestellt sind.
Das Gitter, das die Primärstrombahn von der Sammelleitung trennt, gewährleistet die aerodynamische Kontinuität der Primärstrombahn, wenn die Durchflussregelventile geschlossen sind.
Dadurch, dass die Leitungen in einem Stück mit dem Zwischengehäuse ausgeführt sind, kann die Steifigkeit des Zwischengehäuses vorteilhaft erhöht werden.
Bei der vorgeschlagenen Auslassvorrichtung gibt es keinerlei bewegbaren Mechanismus, der mit der Primärstrombahn in Kontakt kommt, und keinerlei bewegbaren Mechanismus in dem Aufbau-Zwischengehäuse. Die Durchflussregelventile, die in den Rohren um den Hochdruckverdichter herum angeordnet sind, sind Einheiten, die bei der Wartung einfach auszutauschen sind. Außerdem gibt es keine komplizierte Dichtungsvorrichtung wie Dichtungen um Klappen und Schöpfer.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die rein als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
1 in einem Längshalbschnitt des Gehäuses zwischen den Strömungsbahnen und des vorderen Teils der Primärstrombahn die Auslassvorrichtung eines Turbotriebwerks gemäß dieser Erfindung zeigt, und
2 in einer perspektivischen Vorderansicht einen Teil des Zwischengehäuses zeigt.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist ein Zweikreis-TL-Triebwerk 1 mit der Achse x in seinem vorderen Bereich ein Gebläse auf, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, welches Luft an eine Primärstrombahn 2 und eine Mantelstrombahn 3 abgibt, die ringförmig ausgeführt sind und durch ein zwischen den Strömungsbahnen befindliches Gehäuse 4 voneinander getrennt sind.
In der Primärstrombahm 2 sind von vorn nach hinten nacheinander ein Niederdruckverdichter 5, eine Ringleitung 6 mit einem schwanenhalsförmigen Schnitt sowie ein Hochdruckverdichter 7, der komprimierte Luft an eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Brennkammer abgibt, eingebaut.
Das zwischen den Strömungsbahnen befindliche Gehäuse 4 weist von vorn nach hinten einen Strömungstrennschnabel 8, dessen innere Wand den Stator des Niederdruckverdichters 5 bildet, ein Aufbau-Zwischengehäuse 9, das in seinem Innenbereich die schwanenhalsförmige Ringleitung 6 enthält, und den Stator 10 des Hochdruckverdichters 7 auf.
Die Mantelstrombahn 3 ist innen durch die äußere Wand 11 des Schnabels 8, die inneren Plattformen 12 der Stützstreben 13 des Motors, die durch die Mantelstrombahn 3 hindurch verlaufen und an dem Außenumfang des Zwischengehäuses 9 mittels Flanschen befestigt sind, sowie durch Abdeckungen 14, die den Stator 10 des Hochdruckverdichters 7 umgeben, umgrenzt.
Das Zwischengehäuse 9 weist im Inneren der Ringleitung 6 eine Vielzahl von radialen Armen 15 auf., die dazu bestimmt sind, die vom Gebläse erzeugten Kräfte über den ringförmigen Teil 9a des Zwischengehäuses 9, der die Ringleitung 6 umgibt, auf die Stützstreben 13 zu übertragen.
Erfindungsgemäß weist der Trennschnabel 8 in seinem an das Zwischengehäuse 9 angrenzenden inneren Bereich einen ringförmigen Hohlraum 16 auf, der die Primärstrombahn 2 umgibt und axial zwischen der ersten Stufe des Niederdruckverdichters 5 und den radialen Armen 15 angeordnet ist.
Dieser ringförmige Hohlraum 16 steht in ständiger Verbindung mit der Primärstrombahn 2, beispielsweise vermittels einer Vielzahl von Öffnungen 17, die ein Gitter bilden und in dem Außenwandbereich der Primärstrombahn 2 ausgeführt sind, der den Hohlraum 16 umgrenzt. Dieser Hohlraum 16 mündet in die hintere Seite des Trennschnabels 8.
Der ringförmige Teil 9a des Zwischengehäuses 9, der die Ringleitung 6 umgibt, weist eine Vielzahl von im Wesentlichen axial verlaufenden Leitungen 18 auf, die vorn mit Öffnungen 19 in den ringförmigen Hohlraum 16 und hinten in der hinteren Seite dieses ringförmigen Teils 9a münden.
Diese Leitungen 18 werden um den Stator 10 des Hochdruckverdichter 7 herum von schrägen Rohren 20 fortgesetzt, die durch Öffnungen 21, die in den Abdeckungen 14 ausgeführt sind, in die Mantelstrombahn 3 münden.
Jedes Rohr 20 weist sein eigenes Durchflussregelventil 22 auf, das getrennt eingestellt werden kann. Dieses Regelventil kann von beliebiger Art sein, beispielsweise ein Absperrschieber, ein Kugelventil, und die Schwenkachse des Ventils ist reaktionslos. Die Anordnung dieser Ventile 22 um den Hochdruckverdichter 7 herum erleichtert bei der Wartung den Zugang zu ihnen, da lediglich die äußeren Abdeckungen 14 des zwischen den Strömungsbahnen befindlichen Gehäuses geöffnet werden müssen, um Zugang zu den Ventilen 22 zu haben.
Wie in 2 zu sehen ist, sind die Leitungen 18 vorzugsweise in dem außen umlaufenden Zwischenraum angeordnet, der zwei radiale Arme 15 voneinander trennt, die sich in dem äußeren ringförmigen Teil 9a des Zwischengehäuses fortsetzen.
Sehr vorteilhaft sind die Leitungen 18 und das Zwischengehäuse 9 als ein einziges Gussstück oder mechanisch geschweißt ausgeführt. Durch die axial angeordneten Leitungen 18 kann der Aufbau des Zwischengehäuses 9 für die Übertragung von Kräften, die insbesondere vom Gebläse ausgehen, verstärkt werden.
Durch den Hohlraum 16, der außerhalb des Zwischengehäuses 9 mit seinem Luftauffanggitter in der Primärstrombahn 2 als Sammelleitung dient, wird vermieden, Auffangöffnungen zwischen den radialen Armen 15 in der die Primärstrombahn 2 umgebenden Wand des Zwischengehäuses 9 vorzusehen, wodurch das Gießen und die Bearbeitung des Zwischengehäuses 9 vereinfacht wird.
Das Auffangen der Ablassluft geschieht vermittels eines ringförmigen Gitters, das die Öffnungen 17 aufweist. Dadurch werden die aerodynamischen Verwindungen im Bereich des Hochdruckverdichter 7 beschränkt.
Es ist leicht zu verstehen, wie das Ablasssystem funktioniert.
Wenn die Durchflussregelventile 22 in den Rohren 20 geschlossen sind, strömt keinerlei Luftmenge durch die Leitungen 18. Die in dem Hohlraum 16 und den Leitungen 18 befindliche Luft baut einen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gegebenen Druck auf. Es strömt keinerlei Luft durch die Öffnungen 17 des Gitters, das dann die aerodynamische Kontinuität der Außenwand der Primärstrombahn 2 gewährleistet.
Wenn die Gesamtanordnung der Ventile 22 in einer Position für eine geringe Durchflussmenge eingestellt ist, oder nur ein einziges Ventil 22 in der vollkommen geöffneten Position ist und die anderen Ventile dabei geschlossen sind, dringt eine geringe Menge Luft durch die Öffnungen 17 in den Hohlraum 16 und entweicht in die Mantelstrombahn 3. Diese geringe Menge Luft wird im Bereich der Außenwand der Primärstrombahn entnommen und enthält den größten Teil der Partikel und insbesondere Wassertröpfchen, die in den Eingang der Primärstrombahn 2 eingeführt werden, infolge der Krümmung der Außenwand der Primärstrombahn in diesem Bereich und des spezifischen Gewichts dieser Partikel.
Wenn alle Ventile 22 sich in maximaler Öffnungsposition befinden, wird infolge der Druckunterschiede zwischen dem Auffangbereich und der Mantelstrombahn 3 sowie der Verringerung der Druckverluste in den Rohren 20 eine größere Menge Luft zur Primärstrombahn geführt.

Claims

Zweikreis-Turbomaschine, insbesondere Zweikreis-TL-Triebwerk für Flugzeuge, das zwischen der Primärstrombahn (2) und der Mantelstrombahn (3) ein Aufbau-Zwischengehäuse (9) aufweist, das axial zwischen einem Niederdruckverdichter (5) und einem Hochdruckverdichter (7) angeordnet ist, und das Auslassmittel zur Ableitung eines Teils des von dem Niederdruckverdichter (5) abgegebenen Gasstroms zu der Mantelstrombahn (3) hin aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassmittel einen ringförmigen Hohlraum (16), der vor dem Zwischengehäuse (9) in der Außenwand der Primärstrombahn (2) eine Sammelleitung bildet, die in ständiger Verbindung zu der Primärstrombahn (2) steht, sowie eine Vielzahl von im Wesentlichen axial verlaufenden Leitungen (18), die in dem Zwischengehäuse (9) ausgeführt sind und mit dieser Sammelleitung (16) verbunden sind, sowie eine Vielzahl von Rohren (20), die um den Hochdruckverdichter (7) herum angeordnet sind, der diese Leitungen (18) mit der Mantelstrombahn (3) in Verbindung setzt, umfassen, wobei diese Rohre (20) mit Durchflussregelventilen (22) ausgerüstet sind.
Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengehäuse (9) und die Leitungen (18) in einem Stück durch Gießen oder mechanisch geschweißt ausgeführt sind.
Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengehäuse (9) eine Vielzahl von radialen Armen (15) aufweist und die Leitungen (18) zwischen diesen radialen Armen (15) angeordnet sind.
Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleitung (16) mit der Primärstrombahn durch eine Anzahl von Öffnungen (17) kommuniziert, die in der Außenwand der inneren Strömungsbahn (2) ausgeführt sind und ein Gitter bilden.
Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussregelventile (22) getrennt einstellbar sind.