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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Diffusoren von
Brennkammereinlässen
in Gasturbinentriebwerken und insbesondere auf das Einblasen von
Luft in Grenzschichten von ringförmigen
Wänden,
die den Diffusorströmungspfad
umgeben.
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Ein
konventionelles Gasturbinentriebwerk beinhaltet in serieller Strömungsverbindung
einen Kompressor, einen Auslassströmungspfad mit einer Stufe von
Auslassleitschaufeln (engl. Outlet Guide Vanes, OGVs) des Einlasskompressors,
die zwischen der ringförmigen
inneren und äußeren Wand angeordnet
sind, die wiederum in einer mit dem Triebwerksgehäuse mechanisch
verbundenen OGV-Stützvorrichtung
befestigt sind. Die Auslassleitschaufeln weisen typischerweise schaufelblattähnliche
Querschnitte auf, die eine Vorderkante, einen relativ dicken Mittelabschnitt
und eine dünne
Hinterkante aufweisen. Stromabwärts
von der Leitschaufel befindet sich ein Brennkammereinlassdiffusor,
eine Brennkammer, eine Turbinendüse
bzw. ein Turbinenleitapparat und eine Hochdruckturbine. Gewöhnlich sind
die Innen- und Außenwände der
OGVs durch eine entsprechende innere und äußere ringförmige Diffusoreinlasswand gestützt, um
dazwischen einen verhältnismäßig leckagefreien
Strömungspfad
zu bilden, und die Leitschaufeln und den Diffusor zu haltern. Die
OGVs, die Innen- und Außenwand
und der Diffusor können
eine einstückige,
im Ganzen gegossene Anordnung bilden, oder in einigen anderen Aufbauten
sind die entsprechende innere und äußere OGV-Wand mit den dazwischen
liegenden OGVs an einem Diffusorgehäuse angeschweißt.
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Während des
Triebwerksbetriebs komprimiert der Kompressor den Einlassluftstrom,
der deshalb dabei erhitzt wird. Die ausgestoßene, komprimierte und erhitzte
Luftströmung
wird dann durch die OGVs und den Diffusor zu der Brennkammer geleitet, in
der er in konventioneller Weise mit einem Treibstoff vermischt und
gezündet
wird, um Verbrennungsgase zu bilden. Die Verbrennungsgase werden
durch die Turbinendüse
bzw. den Turbinenleitapparat zu der Hochdruckturbine geleitet, die
aus ihnen für
die Rotation und für
den Antrieb des Kompressors Energie entzieht.
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Typischerweise
wird die unter hohem Druck stehende Luft an dem Kompressorauslass
konditioniert, damit diese zur Verwendung in der Brennkammer eine
geringe Verwirbelung und niedrige Mach-Zahl aufweist, wobei die
Auslassleitschaufeln und der Diffusor angewandt werden, um die Kompressorauslassluft
für die
Brennkammer passend zu konditionieren. Einige Triebwerksbauarten
erfordern, dass die OGVs als ein Bauteil fungieren, das zusätzliche
Anforderungen an den Aufbau stellt. Die Leitschaufeln befinden sich
konventionell in einem Strömungspfad
mit konstanter Kranzhöhe.
Der Strömungspfad
kann helfen, den Strom radial nach außen zu lenken, um seine Ausrichtung
mit der stromab liegenden Brennkammer zu unterstützen. Die OGVs sind konstruiert,
um einen tangentialen Drall aus der Kompressorauslassluft zu entfernen,
so dass die Luft, nachdem sie die OGVs verlässt, nominell in axialer Richtung
strömt.
Während
des Entwirbelungsprozesses wird der tangentiale Drall in einen statischen
Druck umgewandelt, was die absolute Machzahl der Strömung reduziert.
Der Diffusor definiert einen Diffusorströmungspfad stromab von der Leitschaufelhinterkante,
der die Mach-Zahl der Strömung
durch eine oder mehrere divergierende ringförmige Durchgänge reduziert.
Diese Durchgänge
können
die Strömung Durchgänge können die
Strömung auch
radial nach außen
lenken, wobei sie jedoch bei einer gegebenen Kranzgröße mehr
Diffusion erzeugen. Eine adäquate
Effizienz und ein adäquater Pumpgrenzabstand
werden mit Hilfe einer ausreichenden Schaufelblattfestigkeit, durch
Auswählen
eines passenden Schaufelblatteinfallswinkels, eine Optimierung der
Oberflächengeschwindigkeitsverteilungen
und die Schaffung eines ausreichenden Diffusor-Längen/Fläche-Verhältnisses zur Vermeidung eines
Strömungsabrisses
erzielt.
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Es
ist erwünscht,
die Kompressorausgangsluft unter hohem Druck so effizient wie möglich, mit ausreichendem
Pumpgrenzabstand bei gleichzeitiger Minimierung der Triebwerkslänge und
somit des Gewichts und der Kosten zu der Brennkammer zu liefern.
Eine reduzierte Länge
führt typischerweise
zu höheren
Diffusionsraten, was die Grenzschichten für Aufspaltung anfälliger macht,
die die Leistungsfähigkeit
und den Pumpgrenzabstand negativ beeinflusst. Somit sind reduzierte
Länge und
hohe Diffusionsraten gewöhnlich
sich gegenseitig widersprechende Anforderungen. Es ist erwünscht, die
zur Lieferung dieser Luft benötigte
axiale Länge
zu verringern und somit die Triebwerkslänge, das Gewicht und die Kosten
unter Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit und des Pumpgrenzabstands
zu reduzieren.
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Es
sind neue Gestaltungen von Gasturbinentriebwerken vorgeschlagen
worden, die fortgeschrittene Kompressoren verwenden, die bei sehr
hohen Mach-Zahlen an dem Kompressorausgang arbeiten. Bei Startbedingungen
auf Meereshöhe
können
die Kompressorausgangs-Mach-Zahlen bei einem dynamischen Staudruck
von 12,5 Prozent des Gesamtdrucks so viel wie 0,45 betragen. Konventionelle Brennkammereinlassdiffusoren,
die für
diese Bedingungen konstruiert wurden, weisen hohe Druckverluste
auf, die eine signifikante Erhöhung
des triebwerkspezifischen Treibstoffverbrauch bedingen würden. Um
diese Verluste zu minimieren, muss der Diffusor so viel wie nur
möglich
von dem Staudruck wiedergewinnen. Ein sehr langer konventioneller
Diffusor kann so viel wie die Hälfte
des Staudrucks wiedergewinnen, aber die Druckverluste wären immer noch
hoch und das Triebwerk wäre
deutlich länger und
schwerer. Für
diese fortgeschrittenen Triebwerksanwendungen werden Diffusorbauarten
mit kurzen Längen,
niedrigen Druckverlusten benötigt.
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Eine
vorgeschlagene Herangehensweise, um dieses Problem zu lösen, ist
es, eine Grenzschichtabzapfung an der Außen- und Innenwand des Diffusors
zu verwenden, um einen Strömungsabriss in
Diffusoren mit Verhältnissen
von kurzen Längen und
hohen Flächen
zu verhindern. Zapfluftdiffusoren erfordern jedoch den Entzug von
8 bis 12 Prozent der Kompressorauslassströmung, um eine gute Diffusorleistungsfähigkeit
zu gewährleisten.
Für eine
gute Triebwerksleistung muss diese Strömung mit minimalen Druckverlusten
in das Triebwerk wieder eingeführt
werden. Ein Teil dieser Strömung
könnte
zur Turbinenkühlung
verwendet werden, aber der Druck ist an dieser Stelle in dem Triebwerkszyklus
merklich geringer als der Kompressorausgangsdruck, was im Falle
der Abzapfströmung
zu beträchtlichen
Druckverlusten führen
würde.
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In
der Gasturbinentriebwerksindustrie und insbesondere in der Flugzeuggasturbinentriebwerksindustrie
strebt man sehr danach, kurze Brennkammereinlassdiffusoren zu konstruieren
und zu bauen. Um dies zu bewerkstelligen, ist es erwünscht, solche Diffusoren
mit einer Vorrichtung zu bau en, die die Ablösung der Grenzschicht auf effiziente
Weise verhindert oder verzögert.
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GB 1,024,328 beschreibt
strömungsdynamische
Diffusoren zur Verwendung in Flugzeugstrahltriebwerken. Ähnlich befasst
sich
US 4,098,073 mit dem
Aufbau von Diffusoren für
Strahltriebwerke. Ein Diffusor zur Verhinderung eines Grenzschichtabrisses
ist in der
US 4,029,230 veröffentlicht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Diffusoranordnung für den Brennkammereinlass eines
Gasturbinentriebwerks geschaffen, die aufweist: einen Diffusor mit
wenigstens einer divergierenden ringförmigen Wand, wobei die Ringwand
eine Strömungspfadfläche aufweist,
die einen Diffusorströmungspfad
begrenzt; einen ringförmigen
inneren Einblasschlitz, der axial entlang der ringförmigen Wand
angeordnet ist; einen ringförmigen
Einblasluftströmungspfad,
der zu dem Einblasschlitz führt
und mit diesem in Strömungsverbindung
steht; eine ringförmige
Anordnung von Lufthutzen, die auf und in Fluidverbindung mit Hohlstreben
montiert sind, die in dem Diffusorströmungspfad in Bezug auf den
Diffusorströmungspfad
stromabwärts
von dem Einblasschlitz angeordnet sind, wobei jede von den Hutzen eine
stromaufwärts
weisende Öffnung
besitzt und die Hutzen mit dem Einblasluftströmungspfad in Fluidverbindung
stehen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Diffusoranordnung für den Brennkammereinlass
eines Gasturbinentriebwerks geschaffen, die aufweist: einen Diffusor
mit einem Einlassende zur Aufnahme von Kompressorauslassluft und
mit wenigstens einer divergierenden inneren und äußeren Ringwand, wobei die wenigs tens
eine divergierende Ringwand eine Strömungspfadfläche aufweist, die einen Diffusorströmungspfad begrenzt;
wenigstens einen inneren und äußeren ringförmigen Einblasschlitz,
der axial entlang der wenigstens einen divergierenden Ringwand angeordnet ist;
wenigstens einen ringförmigen
inneren und äußeren Einblasluftströmungspfad,
der zu dem wenigstens einen inneren und äußeren ringförmigen Einblasschlitz führt und
mit diesem in Strömungsverbindung
steht; eine ringförmige
Anordnung von Lufthutzen, die auf und in Fluidverbindung mit Hohlstreben montiert
sind, die in dem Diffusorströmungspfad
in Bezug auf den Diffusorströmungspfad
stromabwärts von
dem wenigstens einen Einblasschlitz angeordnet sind, wobei jede
von den Hutzen eine stromaufwärts weisende Öffnung aufweist
und die Hutzen mit dem wenigstens einen Einblasluftströmungspfad
in Fluidverbindung stehen, durch welche wenigstens ein Teil der
Diffusorströmungspfadluft
in das stromaufwärts liegende
Ende des wenigstens eines Einblasschlitzes zur Einspritzung in die
Grenzschichten entlang der Strömungspfadfläche von
wenigstens einer der inneren und äußeren divergierenden Ringwand
zurückgeführt wird.
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Eine
speziellere Ausführungsform
der Diffusoranordnung weist radial im Abstand voneinander angeordnete
divergierende ringförmige
Innen- und Außenwände auf,
wobei jede von der Innen- und Außenwand eine Strömungspfadfläche aufweist,
die den sich zwischen der Innen- und der Außenwand erstreckenden Diffusorströmungspfad
begrenzt. Radial innere und äußere ringförmige Einblasschlitze
sind axial entlang entsprechender Innen- bzw. Außenwand angeordnet. Radial
innere und äußere ringförmige Einblasluftströmungspfade
führen
zu dem entsprechenden radial inneren bzw. äußeren ringförmigen Einblasschlitz und stehen
mit diesem in Fluidver bindung. Die Lufthutzen und die Hohlstreben,
die die Lufthutzen stützen,
sind in dem Diffusorströmungspfad
stromabwärts
von den Einblasschlitzen angeordnet, und die Lufthutze weist eine
stromaufwärts weisende Öffnung auf.
Die Hutzen stehen mit den Einblasluftströmungspfaden in Fluidverbindung.
Radial innere und äußere Stegabschnitte
der Hohlstrebe erstrecken sich radial nach innen bzw. nach außen von
der ringförmigen
Hutze, und die radial inneren und äußeren Stegabschnitte weisen
radial innere bzw. äußere ringförmige Einblasluftströmungspfade auf.
Die Lufthutzen öffnen
sich in stromaufwärtiger Richtung
in Bezug auf den Diffusorströmungspfad.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform der
Diffusoranordnung weist radial im Abstand angeordnete divergierende
Innen und Außenwände auf, von
denen jede eine Strömungspfadoberfläche enthält, die
den Diffusorströmungspfad
begrenzt. Der radial innere und äußere ringförmige Einblasschlitz
ist axial entlang der Innen- bzw. Außenwand angeordnet. Der radial
innere und äußere ringförmige Einblasluftströmungspfad,
die zu dem radial inneren bzw. äußeren ringförmigen Einblasschlitz
führen
und mit diesem in Fluidverbindung stehen, stehen in Fluidverbindung
mit dem Diffusorströmungspfad
stromabwärts
von den Schlitzen. Der radial innere und äußere ringförmige Einblasluftströmungspfad
stehen stromabwärts
von den Schlitzen über Öffnungen
der Zapflöcher
mit dem Diffusorströmungspfad
in Strömungsverbindung.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform weist
wenigstens eine radial innere ringförmige Reihe und wenigstens
eine radial äußere ringförmige Reihe
von Einblasluft-Kompressorlaufschaufeln
auf, die mit dem Kompressor des Triebwerks verbunden und radial
quer zu dem radial inneren bzw. äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfad
stromaufwärts
von dem radial inneren bzw. äußeren ringförmigen Einblasschlitz
angeordnet sind.
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Die
Erfindung sieht einen Gasturbinentriebwerksaufbau vor, der die axiale
Länge des
Diffusors reduziert. Die Erfindung reduziert die Länge, das
Gewicht und die Kosten des Triebwerks, indem es eine Strömungsablösung entlang
der ringförmigen
Wände des
Diffusors bei gleichzeitiger Beibehaltung akzeptabler Werte für die Triebwerksleistungsfähigkeit
und den Pumpgrenzabstand verhindert.
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Die
neuen Merkmale, die die Erfindung kennzeichnen, sind in den Ansprüchen angegeben
und abgegrenzt. Die Erfindung gemäß den bevorzugten und beispielhaften
Ausführungsformen
ist genauer in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht unter Veranschaulichung einer axialen Gasturbinentriebwerksbrennkammer
und eines Kompressorauslassabschnitts eines Triebwerks, der einen
beispielhaften Diffusor mit Einblasschlitzen aufweist.
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2 zeigt
eine vergrößerte Querschnittsansicht
unter Veranschaulichung eines Kompressorauslassabschnitts und einer
Diffusoranordnung, die eine Lufthutze zur Bereitstellung von Einblasluft
zu den Einblasschlitzen enthält,
die in 1 dargestellt sind.
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3 zeigt
eine schematische Ansicht unter Veranschaulichung der Lufthutzen
aus dem Schnitt 3-3 in 1.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht unter Veranschaulichung einer der in 2 dargestellten
Lufthutzen, der auf einer Hohlstrebe montiert ist.
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht unter Veranschaulichung der Hohlstrebe
und der Lufhutze aus dem Schnitt 5-5 nach 4.
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6 zeigt
eine Ansicht unter Veranschaulichung eines beispielhaften Diffusors
gemäß einer ersten
Alternative, der eine Einblasluftquelle stromabwärts von der Diffusoranordnung
aufweist.
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7 zeigt
eine Ansicht unter Veranschaulichung eines beispielhaften Diffusors
gemäß einer zweiten
Alternative, die eine Einblasluftquelle in dem Diffusor aufweist.
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8 zeigt
eine Ansicht unter Veranschaulichung eines dritten alternativen
beispielhaften Diffusors, der die in 6 veranschaulichte
Anordnung und darüber
hinaus kompressorangetriebene Verstärkerstufen von Kompressorschaufeln
aufweist, die radial quer zu den inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfaden
gelegen sind, die die Einblasluftquelle mit den Schlitzen verbinden.
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9 zeigt
eine Darstellung eines vierten alternativen beispielhaften Diffusors,
der die in 7 dargestellte Anordnung aufweist
und darüber
hinaus kompressorangetriebene Verstärkerstufen von Kompressorschaufeln
enthält,
die quer zu den radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfaden
angeordnet sind, die die Einblasluftquelle mit den Schlitzen verbinden.
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In 1 ist
ein Ausschnitt eines Gasturbinentriebwerks 10 dargestellt,
der in serieller Strömungsverbindung über einer
axialen Mittellinie 12 herkömmliche ringförmige und
achsensymmetrische Strukturen aufweist, die einen Axialkompressor 14 und
eine Brennkammer 16 beinhalten. Der Kompressor 14 nimmt
den Einlassluftstrom auf und komprimiert ihn zu einem relativ heißen komprimierten
Luftstrom 24, der durch eine Auslassleitschaufel- und Diffusoranordnung 36 eines
Gasturbinentriebwerks zu der Brennkammer 16 geleitet wird,
in der er in herkömmlicher
Weise mit einem Treibstoff vermischt und gezündet wird, um Verbrennungsgase 26 zu
erzeugen. Die Gase 26 werden in eine Turbine (nicht gezeigt)
geleitet, die ihnen Energie zur Drehung der Turbine entzieht, die
wiederum den Kompressor 14 mittels einer Welle 28 dreht
und antreibt.
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Die
Auslassleitschaufel und Diffusoranordnung 36 weist im Ganzen
hergestellt einen Leitschaufelabschnitt 48 und einen Brennkammereinlassdiffusor 50 auf.
Der Auslassleitschaufelabschnitt ist vor oder stromaufwärts von
dem Diffusor 50 angeordnet. Der Auslassleitschaufelabschnitt 48 enthält mehrere
in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnete radial auskragende
Auslassleitschaufeln (OGVs, Outlet Guide Vanes) 42, die
sich radial quer durch den Kompressorströmungspfad 29 zwischen
einem ringförmigen
Außen- und Innenband 31 bzw. 33 erstrecken.
Das ringförmige
Außen- und Innenband 31 und 33 tragen
die OGVs 42 und sind koaxial rund um die Mittellinienachse 12 angeordnet. Die
Auslassleitschaufeln 42 weisen Schaufelblattquerschnitte
mit Vorder- 62 und Hinterkanten 66 auf.
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Der
Diffusor 50 erstreckt sich stromabwärts von den OGVs 42.
Eine äußere Diffusorstütze 44 erstreckt
sich axial nach hinten gerichtet und radial nach außen gerichtet
von der ringförmigen
Außenwand 38 und
ist mit einem radial äußeren Triebwerksgehäuse 34 fest
verbunden. Eine ringförmige
innere Diffusorstütze 46 erstreckt
sich axial nach hinten und radial nach innen von der ringförmigen Innenwand 40 zu
einem radial inneren Brennkammergehäuse 125. Die beispielhafte
Ausführungsform
der integral hergestellten Leitschaufel 48 mit dem Diffusor 50 der Leitschaufel-
und Diffusoranordnung 36, wie sie hierin veranschaulicht
ist, bildet eine im Ganzen hergestellte Einheit, die durch Schweißen oder
andere Verbindungsmethoden hergestellt werden kann. In der beispielhaften
Ausführungsform
der Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Auslassleitschaufel- und Diffusoranordnung 36 im
Ganzen z.B. durch Gießen
in einem einzigen Stück
hergestellt. Der Diffusor 50 kann auch eine separate integrale Einheit
bilden, die durch Schweißen
oder mittels anderer Verbindungsmethoden, wie z.B. durch eine integrale
Herstellung durch Gießen,
hergestellt ist. Der Diffusor 50 wird auch als Brennkammerdiffusor
bezeichnet.
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In 2 ist
eine erste beispielhafte Ausführungsform
einer Diffusoranordnung 37 eines Brennkammereinlasses eines
Gasturbinentriebwerks dargestellt, die den Diffusor 50 enthält. Die
Diffusoranordnung 37 enthält radial zueinander im Abstand
angeordnete divergierende innere und äußere Ringwände 40 und 38 und
wobei jede der inneren und äußeren Wand
eine Strömungspfadfläche 139 aufweist, die
einen Diffusorströmungspfad 39 begrenzt,
der sich zwischen der inneren und der äußeren Wand erstreckt. Die heiße, komprimierte
Luftströmung 24,
die von dem Kompressor 14 erzeugt wird, strömt durch den
Diffusorströmungspfad 39.
Radiale ringförmige innere
und äußere Einblasschlitze 140 und 138 sind axial
entlang der inneren bzw. äußeren Außenwand 40 bzw. 38 angeordnet
und blasen direkt Luft 58 entlang der Strömungspfadflächen 139 der
divergierenden inneren und äußeren Wände 40 und 38.
Der ringförmige
innere und äußere Einblasschlitz 140 und 138 sind
axial in der Nähe
der stromabwärtigen
Enden 74 der inneren und der äußeren Wand 40 und 38)
angeordnet und sind konstruiert, um Einblasluft 58) in
die Grenzschichten entlang der Strömungspfadflächen 139) der äußeren Wand 38 zu
blasen, um eine Ablösung
der Grenzschicht zu verhindern oder zu verzögern. Andere Typen von Öffnungen können anstatt
der Einblasschlitze verwendet werden.
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Die
Einblasluft 58 wird durch radial ringförmige innere und äußere Einblasströmungspfade 156 und 154 durchgeleitet,
die zu den ringförmigen
inneren bzw. äußeren Einblasschlitzen 140 bzw. 138 führen und
mit ihnen in Fluidverbindung stehen. Der Diffusorströmungspfad 39,
der die Kompressorausblasdruckluft- (CDP-Luft, Compressor Discharge
Preassure) 131 aufweist, dient als eine Quelle der Einblasluft 58.
Die Einblasluft 58 kann der Kompressorauslassdruckluft 131 an
einer Stelle entzogen werden, die den gesamten Staudruck der Kompressorauslassdruckluft
aufnimmt. Die Einblasluft 58 kann an Stellen in der Diffusoranordnung 37 eines
Brennkammereinlasses eines Gasturbinentriebwerks oder sonstigen
Teilen des Triebwerks entnommen werden, an denen die Luft einen
ausreichend hohen Gesamtdruck hat, um in die Grenzschichten eingeblasen oder
injiziert zu werden. Um Druckverluste niedrig zu halten, ist es
vorteilhaft, niedrige Geschwindigkeiten in den Einblasströmungspfaden 156 und 154 aufrechtzuerhalten.
Die Einblasluft 58 wird in die stromabwärtige Richtung umgelenkt und
in den ringförmigen
inneren und äußeren Einblasschlitzen 140 und 138 beschleunigt,
um die Diffusorwandgrenzschichten anzutreiben und eine Strömungsablösung in
dem Diffusor zu verhindern.
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Indem
entlang der Strömungspfadflächen 139 der
ringförmigen
inneren und äußeren Wände 40 und 38 des
Diffusors 50 eingeblasen wird, werden die Grenzschichten
veranlasst, mehr Diffusion auszuhalten, bevor es zu einer Ablösung kommt.
Diese erhöhte
zusätzliche
Diffusion kann zur Reduktion der Diffusorlänge genutzt werden, während gleichzeitig
das Flächenverhältnis des
Diffusors erhöht
wird. Diese erhöhte
zusätzliche
Diffusion kann auch zur Reduktion der Diffusorlänge unter Erzielung der gleichen
Diffusorauslassfläche
und/oder zur Erhöhung
der Diffusorauslassfläche
bei gleichzeitiger Beibehaltung der gleichen Diffusorlänge verwendet
werden. Ein kürzerer
Diffusor mit höherer
Ladung ermöglicht
einen alles in allem kürzeren
Gasturbinentriebwerkaufbau bei reduzierten Druckverlusten.
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Eine
Ausführungsform
der Einblasquelle bildet eine ringförmige Anordnung von Lufthutzen 160, die
auf und in Fluidverbindung mit Hohlstreben 64 stehend montiert
sind, die in einem mittleren Bereich des Diffusorströmungspfads 39 in
Bezug auf den Diffusorströmungspfad 39 stromabwärts von
dem Einblasschlitz 140 angeordnet sind, wie dies in 2, 3, 4 und 5 veranschaulicht
ist. Die Lufthutzen 160 sind in einem Bereich des Diffusorströmungspfads 39 angeordnet,
in dem der Gesamtdruck am größten ist.
Jede von den Lufthutzen 160 besitzt eine stromaufwärts weisende Öffnung 142 und
steht mittels einer der tragenden Hohlstreben 64 in Fluidverbindung
mit den radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfaden 156 und 154.
Radial innere und äußere Strebenabschnitte 164 und 162 der
Hohlstreben 64 erstrecken sich von der ringförmigen Hutze
aus radial nach innen bzw. nach außen aus. Die radial inneren
und äußeren Strebenabschnitte 164 und 162 weisen
sich radial nach innen und radial nach außen erstreckende Strömungskanäle 170 und 168 auf,
die sich zwischen einem Innenraum 68 der Lufthutze 160 und
den radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfaden 156 bzw. 154 erstrecken.
Jede Hohlstrebe 64 weist einen in Form eines Schaufelblatts ausgebildeten
Querschnitt 80, eine Strebenvorderkante 82 und
ein stromabwärtiges
Ende 84 eines stumpfen Körpers auf. Die Lufthutzen 160 öffnen sich bezüglich des
Diffusorströmungspfads 39 in
eine stromaufwärts
weisende Richtung 141.
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Bezug
nehmend auf 1, weist die Brennkammer 16 eine
allgemein ringförmige
Gestalt auf und ist um die Mittelachse 12 zentriert angeordnet und
weist ein äußeres Brennkammerflammrohr 117, ein
inneres Brennkammerflammrohr 119 und ein Domeinlassmodul 120 auf.
Die Brennkammer 16 ist radial nach außen durch das Triebwerksgehäuse 34 und
radial nach innen durch das innere Brennkammergehäuse 125 begrenzt.
Das Domeinlassmodul 120 steht in direkter Strömungsverbindung
mit der Diffusoranordnung 37, die von diesem aus stromaufwärts angeordnet
ist. Das Domeinlassmodul 120 ist konstruiert, um die Brennkammerluftströmung 130 aufzunehmen,
die einen wesentlichen ersten Abschnitt dessen bildet, was als Kompressorauslassdruckluft
(CDP-Luft) 131 bezeichnet wird. Die Kompressorauslassdruckluft 131 ist
konventionell als die komprimierte Luftströmung an dem Ausgang einer letzten
drehbaren Stufe 127 des Hochdruckkompressors definiert,
die typischerweise an den Leitschaufeln des Kompressorauslasses
zu verzeichnen ist. Ein zweiter Abschnitt 152 der CDP-Luft 131 (der
von dem Kompressor 14 er zeugten komprimierten Luftströmung) wird
rund um das Domeinlassmodul 120 und das äußere und
innere Brennkammerflammrohr 117 bzw. 119 geleitet.
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Wenn
mehr Druckerhöhung
in der Einblasluft 58 erwünscht ist, kann wenigstens
eine radial innere Ringreihe 180 und wenigstens eine radial äußere Ringreihe 178 von
Einblasluft-Kompressorlaufschaufeln 182 radial quer zu
den radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfaden 156 bzw. 154 stromaufwärts von
den radial inneren bzw. äußeren ringförmigen Einblasschlitzen 140 und 138, wie
in 8 dargestellt, angeordnet sein. Die radial inneren
und äußeren ringförmigen Reihen 180 und 178 von
Einblasluft-Kompressorlaufschaufeln 182 sind an der letzten
drehbaren Stufe 127 des Kompressors 14 fest angebracht.
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Wie
in 7 veranschaulicht, kann alternativ die Quelle
der Einblaszapfluft 58 der Diffusorströmungspfad 39 sein.
Zapflöcher 238 in
den inneren und äußeren Wänden 40 und 38,
die am hinteren Ende 240 der Diffusoranordnung 37 oder
der inneren und äußeren Wände 40 und 38 angeordnet
sind, bringen den Diffusorströmungspfad 39 in
Fluidverbindung mit den inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftstrompfaden 156 und 154.
Die Zapflöcher 238 können anderswo
entlang der Wände
angeordnet werden, solange sie ausreichend stromabwärts von den
Einblasschlitzen angeordnet sind, so dass die Diffusorströmung an
dieser Stelle ausreichenden statischen Druck aufweist, um von dem
Diffusorströmungspfad
durch die radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasluftströmungspfade 156 und 154 abgezapft
zu werden. Die Zapflöcher 238 dienen
als eine Quelle der Einblasluft 58. Diese spezielle Ausführungsform
verwendet Einblasschlitze zum Antrüben der Grenzschichten und
benutzt die durch die Zapflöcher 238 entnommene
Zapfluftströmung,
um irgendwelche verbleibenden schwachen Grenzschichten zu beseitigen.
Diese Kombination ergibt ein verhältnismäßig flaches Geschwindigkeitsprofil am
Diffusorausgang und niedrige Diffusordruckverluste. Wenn ein größerer Druckanstieg
in der Einblasluft 58 erwünscht ist, können wiederum
wenigstens eine radial innere Ringreihe 180 und wenigstens eine
radial äußere Ringreihe 178 von
Einblasluft-Kompressorlaufschaufeln 182 radial quer zu
den radial inneren und äußeren Einblasluftströmungspfaden 156 bzw. 154 stromaufwärts von
den radial inneren und äußeren ringförmigen Einblasschlitzen 140 und 138,
wie in 9 dargestellt, angeordnet werden.
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Ein
Flugzeuggasturbinentriebwerk, das den Diffusor und die Einblasschlitze
aufweist, wie sie vorstehend beschrieben sind, kann konstruiert,
gebaut und unter Startbedingungen auf Meereshöhe mit einer Kompressorauslass-Mach-Zahl
betrieben werden, die der Größenordnung
von ca. 0,40 bis 0,60 betragen kann. Die Mach-Zahl am Kompressorausgang und
der dynamische Staudruck sind Bedingungen der Kompressorauslassdruckluft
(CDP-Luft) 131 an dem Ausgang der letzten drehbaren Stufe 127 des Hochdruckkompressors,
wie sie gewöhnlich
an den Hinterkanten der Leitschaufeln des Kompressorauslasses angegeben
werden.