DE7430508U

DE7430508U - Gas turbine engine with heat exchanger

Info

Publication number: DE7430508U
Application number: DE7430508U
Authority: DE
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Publication date: 1976-06-10

Description

Aktenzeichen G 7^ 305 08.1 · £. File number G 7 ^ 305 08.1 £.

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBHENGINE AND TURBINE UNION
MUNICH GMBH

München, den l8. Februar 1976Munich, the 18th February 1976

Gasturbinentriebwerk mit WärmetauscherGas turbine engine with heat exchanger

Die Neuerung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit Wärmetauscher, insbesondere für Kraftfahrzeuge.The innovation relates to a gas turbine engine with a heat exchanger, in particular for motor vehicles.

Gasturbinentriebwerke, insbesondere für Fahrzeuge, werden mit Wärmetauschern ausgerüstet, um einen Teil der im Abgas enthaltenen Wärme der Verdichterluft vor deren Eintritt in di-J Brennkammer zuzuführen, wodurch Kraftstoff gespart und ein wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht v/erden soll.Gas turbine engines, especially for vehicles, are equipped with heat exchangers in order to supply some of the heat contained in the exhaust gas to the compressor air before it enters the combustion chamber, which saves fuel and enables economical operation.

Hierbei erreicht die Brennkammereintrittstemperatur relativ hohe Werte, beispielsweise 700°C und mehr, während bei Gasturbinentriebwerke ohne Wärmetauscher Brennkammereintrittstemperaturen zwischen 200 und 400°C üblich sind.In this case, the combustion chamber inlet temperature reaches relatively high values, for example 700 ° C. and more, while in gas turbine engines Without a heat exchanger, combustion chamber inlet temperatures between 200 and 400 ° C are common.

Im Falle eines Gasturbinentriebwerks mit Wärmetauscher reicht demnach die Kühlungsfähigkeit der bereits vorerhitzten Luft nicht mehr aus, um das meist aus Blech bestehende Flammrohr ge-In the case of a gas turbine engine with a heat exchanger, the cooling capacity of the air that has already been preheated is sufficient is no longer sufficient to remove the flame tube, which is usually made of sheet metal,

7430501 1O.0&767430501 10.0 & 76

• · I• · I

I t ·I t

I tI t

nügend zu kühlen, so daß dieses vorzeitig unbrauchbar und ein wirtschaftlicher Einsatz eines Gasturbinentriebwerks mit Wärmetauscher wieder in Frage gestellt wird.to cool enough, so that this prematurely unusable and an economical use of a gas turbine engine with a heat exchanger is called into question again.

Auch die Anordnung komplizierter Kühlschlitzkonfigurationen des Flammrohrs dürfte keine Verbesserung der Kühlwirkung erwarten lassen.Even the arrangement of complicated cooling slot configurations of the flame tube should not expect any improvement in the cooling effect permit.

Aufgabe der Neuerung ist es, die oben genannten Mangel zu beheben und bei einem Gasturbinentriebwerk nach der eingangs genannten Art die Kühlung des Flammrohrs unter Vermeidung einer aufwendigen Flammrohrkonstruktion so zu verbessern, daß diese auch bei Dauerbetrieb den hohen Temperaturbelastungen widerstehen kann.The task of the innovation is to remedy the above-mentioned deficiencies and in a gas turbine engine according to the type mentioned, the cooling of the flame tube while avoiding a to improve complex flame tube construction so that they withstand the high temperature loads even in continuous operation can.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht neuerungsgemäß im wesentlichen darin, daß ein geringer Teil der Verdichterluft vor dem Wärmetauscher abgezweigt, über eine separate Leitung direkt in die Brennkammer eingeleitet und so auf das Flammrohr gerichtet wird, daß er zumindest die vordere Partie des Flammrohres kühlend umströmt, ohne im wesentlichen an der Verbrennung teilzunehmen.The solution to this problem is, according to the innovation, essentially that a small part of the compressor air is in front of the heat exchanger branched off, fed directly into the combustion chamber via a separate line and directed towards the flame tube, that it flows around at least the front part of the flame tube in a cooling manner, without essentially taking part in the combustion.

Dadurch kann das Flammrohr von außen annähernd ebenso gut gekühlt werden, wie dies ohne Wärmetauscher ermöglicht wäre. Ein Verlust der zur Flammrohrkühlung abgezweigten Verdiclferluft ist nicht gegeben, da diese in den Heißgasstrom noch vor dem Turbineneintritt wieder eingeleitet wird.As a result, the flame tube can be cooled from the outside almost as well as would be possible without a heat exchanger. A loss the compressor air branched off for flame tube cooling is not given, since this is reintroduced into the hot gas flow before the turbine inlet.

9
13.2.19769
February 13, 1976

7430508 10.06.767430508 06/10/76

* t « D O ψ ·* t «DO ψ ·

In v/eiterer Ausgestaltung der Neuerung ist das Flammrohr an ι seinem vorderen Ende von einem haubenförmigen Blechmantel umgeben, der mit einer öffnung für die Zufuhr von nicht vorgewärmter Luft verbunden ist, die im wesentlichen den Ringkanal zwischen der Haube und dem Flammrohr durchströmen soll, wobei das Flammrohr radial nach innen gerichtete Bohrungen -aufweist., um Kühlluft an die Innenwandabschnitte des Flammrohrs zu leiten.In a further embodiment of the innovation, the flame tube is at ι its front end is surrounded by a hood-shaped sheet metal jacket, which is connected to an opening for the supply of non-preheated air, which is essentially the annular channel to flow through between the hood and the flame tube, the flame tube having bores directed radially inward., to direct cooling air to the inner wall sections of the flame tube.

Ein geringer Teil der Kühlluft strömt direkt in den Brennraum, während der grö3te Teil der Kühlluft an der Außenseite des Flammrohrs entlangströmt, sich dann mit der Sekundärluft vereinigt. und mit dieser dem heißen Brenngas zugemischt wird.A small part of the cooling air flows directly into the combustion chamber, while most of the cooling air flows on the outside of the flame tube flows along, then merges with the secondary air. and mixed with the hot fuel gas.

Dadurch wird die Kühlluft enger an das Flammrohr herangeführt und es ist möglich, mit Hilfe einer relativ geringen Kühlluftmenge eine relativ hohe KUhlv/irkung zu erzielen.As a result, the cooling air is brought closer to the flame tube and it is possible with the aid of a relatively small amount of cooling air to achieve a relatively high cooling effect.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung soll der haubenfcrmige Blechmantel soweit verlängert sein, daß er sich fast bis zum Ende des Flammrohrs erstreckt, wobei die radial nach innen gerichteten Bohrungen nicht in der Flammrohrrückwand, sondern erst kurz vor dem Ende des haubenförmigen Blechmantels, bzw, hinter den Mischluftbohrungen in das Flammrohr einmünden sollen.In a further embodiment of the innovation, the hood-shaped Metal jacket be extended so far that it extends almost to the end of the flame tube, the radially inwardly directed Drilling not in the back wall of the flame tube, but only shortly before the end of the hood-shaped sheet metal jacket, or should flow into the flame tube behind the mixed air bores.

Dadurch sollen auch die weiter stromabwärts liegenden Partien des Flammrohrs, welche vor allem bei voller Triebwerks leistung hoch erhitzt werden, intensiver gekühlt und z.B. Beschädigungen in dieser Zone im Dauerbetrieb verhindert werden.This should also ensure that the parts of the flame tube further downstream, which are especially important when the engine is running at full power be heated to a high level, cooled more intensively and, for example, prevent damage in this zone in continuous operation.

18.2.19T6 - 4 -18.2.19T6 - 4 -

7430581 iaoa?67430581 iaoa? 6

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele gemäß der Neuerung schematisch dargestellt.In the drawing, three exemplary embodiments are shown in accordance with FIG The innovation is shown schematically.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Gasturbinentriebwerk rr.it Wärmetauscher und Kühlung des Flammrohrs durch Aufblasen von kühler-Verdichterluft, bei einer ersten Brennkammerausfühningsform, 1 shows a gas turbine engine with heat exchanger and cooling of the flame tube by blowing cooler compressor air, with a first combustion chamber design,

Fig. 2 eine zweite Brennkammerausführungsform mit Kühlluftführung entlang der vorderen Flammrohrpartie der Brennkammer und2 shows a second embodiment of the combustion chamber with a cooling air duct along the front flame tube section of the combustion chamber and

Fig. 3 eine dritte 3rennkanmerausführungsform mit im wesentlichen sich über die gesamte Länge des Flammrohrs sich erstreckender Kühlluftführung.Fig. 3 shows a third 3rennkanmer embodiment with im cooling air duct extending essentially over the entire length of the flame tube.

Das Gasturbinentriebwerk nach der Neuerung weist neben dem Verdichter 1, der Turbine 2 und der Brennkammer 3 oder 4 oder 5 einen Wärmetauscher ό auf, welcher durch die Rohrleitung mit dem Verdichteraustritt 9 und über die Rohrleitung 8 mit der Brennkammer verbunden ist. Der Wärmetauscher 6 ist weiter durch Abgasleitungen 10 bzw. 11 mit dem Turbinenaustritt 12 bzw. mit der Atmosphäre verbunden.The gas turbine engine according to the innovation has, in addition to the compressor 1, the turbine 2 and the combustion chamber 3 or 4 or 5 a heat exchanger ό, which through the pipeline is connected to the compressor outlet 9 and via the pipeline 8 to the combustion chamber. The heat exchanger 6 is through Exhaust pipes 10 and 11 are connected to the turbine outlet 12 and to the atmosphere.

Eine separate Kühlluftleitung 13 zweigt von der Rohr—leitung ab, um der Brennkammer 3 oder 4 oder 5 eine relativ geringe Menge (3 - 10^) unvor gewärmt er Verdichterluft zur Kühlung desA separate cooling air line 13 branches off the pipe line from the combustion chamber 3 or 4 or 5 a relatively small amount (3 - 10 ^) unvor warmed he compressor air to cool the

18.2.1976 - 5 -February 18, 1976 - 5 -

7430511 1O.0&767430511 10.0 & 76

• f 1 ti• f 1 ti

« b R *«B R *

1 I · ■ 41 I · ■ 4

Flammrohrs zuzuführen.Feed the flame tube.

In der ersten Ausführung (Fig. 1) enthält die Brennkammer 3
außer dem Brennkammeraustritt 14, der über eine Leitung 26
mit dem Turbineneintritt 28 verbunden ist, eine Vorwärmluft-Zuströmöffnung 15 und eine Öffnung 16 für nicht vorgewärmte
Verdichterluft.In the first embodiment (FIG. 1) the combustion chamber 3 contains
except for the combustion chamber outlet 14, which is via a line 26
is connected to the turbine inlet 28, a preheating air inflow opening 15 and an opening 16 for not preheated
Compressor air.

Das Flammrohr 17 weist an der Flammrohrrückwand eine Anzahl ·:' kleiner Kühl luft bohrungen l8 auf, über die ein geringer Teil "} The flame tube 17 has on the flame tube rear wall a number ·: 'small cooling air holes l8, through which a small part "}

i der unvorgewärmten Verdichterluft in die Rand zone des Ver- ;j i the unheated compressor air in the edge zone of the compressor; j

brennungsraumes eindringen kann. ;the combustion chamber can penetrate. ;

Der größte Teil der nicht vorgewärmten Verdichterluft strömt
gemäS Fig. 1 an der äußeren Flammrohrwand entlang und kühlt diese
intensiv, wie dies durch die gestrichelte Linie 19 als äußere
Begrenzung dieses Kühlluftschleiers und eine strichpunktierte
Stromlinie 20 beidseitig des Flammrohrs dargestellt ist. Diese
Kühlluft tritt schließlich mit der Sekundärluft durch Mischluftzufuhrbohrungen K in die Mischzone des Flammrohrs ein.Most of the compressor air that has not been preheated flows
1 along the outer flame tube wall and cools it
intense, as indicated by the dashed line 19 as external
Limitation of this cooling air curtain and a dash-dotted line
Streamline 20 is shown on both sides of the flame tube. These
Cooling air finally enters the mixing zone of the flame tube with the secondary air through mixed air supply bores K.

Damit kein wesentlicher Anteil der Kühlluft durch die weiter vorn
liegenden Verbrennungsluftzufuhrbohrungen 21 in die Brennzone
gelangen kann, ist die äußere Einströmstelle der Verbrennungsluftzufuhrbohrungen 21 mittels kurzer Rohrstutzen 22 etwas radialSo that no significant proportion of the cooling air through the further forward
lying combustion air supply holes 21 in the combustion zone
can reach, the outer inflow point of the combustion air supply bores 21 by means of short pipe sockets 22 is somewhat radial

nach außen verlegt.relocated to the outside.

Eine Verminderung der Kühlluftmenge erbringt die Anordnung einer
Luftzufuhrhaube 23 (Fig· 2), welche die vordere Partie desA reduction in the amount of cooling air provides the arrangement of a
Air supply hood 23 (Fig. 2) covering the front portion of the

39
18.2.1976 ν 39
February 18, 1976 ν

7430588 10. oa 76 17430588 10. above 76 1

: S-: S-

—i—Ä *. ,. ———I — Ä *. ,. ——

- 6 - rs - 6 - rs

Flammrohrs in geringem Abstand umgibt und kurz hinter den Verbrennungsluftzufuhrbohrungen 21 endet. Auch hier sind die bereits in Fig. 1 beschriebenen kleinen Kühlluftbohrungen l8 in die Flammrohrrückwand eingebracht, um die Kühl wirkung zu verbessern.Surrounds the flame tube at a small distance and just behind the Combustion air supply holes 21 ends. Here are those too already described in Fig. 1 small cooling air holes l8 introduced into the flame tube rear wall to the cooling effect to enhance.

In einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 5 ist das FIsamrohr 17* fast über dessen gesamte Länge von einer Luftzufuhrhaube 24 umgeben, die hinsichtlich ihrer vorderen Partie mit der in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform identisch ist·In a further embodiment according to FIG. 5, the filament tube is 17 * almost over its entire length surrounded by an air supply hood 24, which in terms of its front part with the embodiment described in Fig. 2 is identical.

Anstelle der in Fig. 1 und 2 in der jeweiligen Flammrohrrückwand angeordneten Kühlluftbohrungen sind beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3> Kühlluftbohrungen 23 kurz vor dem Flammrohrende angeordnet, wo sie die gesamte Kühlluft in die Mischzone des Flammrohrs einleiten.Instead of the cooling air bores arranged in the respective flame tube rear wall in FIGS. 1 and 2, in the exemplary embodiment According to Fig. 3> cooling air holes 23 just before the end of the flame tube arranged, where they introduce all of the cooling air into the mixing zone of the flame tube.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist der Reihe nach das jeweils zu einer Brennkammer J5* 4 und 5 gehörige Außengehäuse mit J5^f, 4' und 5¹ bezeichnet.In FIGS. 1, 2 and 3, the outer housing belonging to a combustion chamber J5 * 4 and 5 is designated by J5 ^f , 4 'and 5 ^{1 in} sequence.

Soweit keine wesentlichen technischen Abweichungen vorliegen, sind in den Fig. 2 und 3 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 zugrundegelegt.As long as there are no significant technical deviations, 2 and 3 are based on the same reference numerals as in FIG.

₅₉
I8.2.I976 ₅₉
I8.2.I976

7430511 10.06,767430511 06/10.76

Claims

1. Gas turbine engine, in particular for motor vehicles, which has a heat exchanger with which the compressor air to be supplied to the combustion chamber can be preheated with part of the heat contained in the exhaust gas, characterized in that a separate cooling air line (I3) is arranged upstream of the heat exchanger (6), which is connected on the one hand to a pipe (7) arranged between the compressor (1) and the heat exchanger (6) and on the other hand to an opening (l6) in the outer casing (3 ') of the combustion chamber (3), which opening is centrally located in front of the Flame tube rear wall is arranged, which is penetrated by KUhI air bores (l8), the outer housing (3 ¹ ) of the combustion chamber (J>) further has a lateral preheating air inflow opening (15), which over the between the outer housing (3 ¹ ) and the flame tube (17) formed with the annular space

7430588 10.0a 767430588 10.0a 76

· · fit · · Fit

the inside of the flame tube is in connection, namely via directly behind the flame tube rear wall in the side wall sections of the flame tube in each case opposite one another arranged combustion air supply bores (21) as well as downstream in the side wall sections of the flame tube arranged mixed air supply holes (M).

2. Gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the flame tube (17) supplies the combustion air.Constructions (21) encased and radially protruding into the annular space of the combustion chamber (J>) formed between the outer casing (3 ') and the flame tube (17) (22).

3. Gas turbine engine according to claim 1 and 1, characterized in that the opening (16) in the outer housing (4 ') or (5 ^! ) Of the combustion chamber (4) or (5) at the same time the inflow opening of the flame tube via the combustion air supply bores ( 21) or even over the air supply hood (23) or (24) surrounding ^{the Γ41 air supply bores (M 1).}

4. A gas turbine engine according to claim J>, characterized in that between the air supply hood (2J5) or (24) and the flame tube (17) and ⁽¹⁷⁾ cooling air guide channel formed üThe the cooling air holes (18) or (25) is in communication with the combustion or mixed air zone of the flame tube.

T-439
February 18, 1976

74305117430511