SE466559B - Gasturbinmotor med foerstaerkare och foerbiledningsinjektor med variabel yta - Google Patents

Description

466 559 2 konstruktionen av insprutningsrör och flamhållare för det under förbränning stå- ende bränslet, för effektiv kylning av väggarna hos konstruktionen och de däri belägna komponenterna innefattande insprutningsrör, stödelement, etc. för av- lägsnande av virvelbindning hos de från kärnmotorn utströmmande kärngaserna och för styrning av injicering av förbiledningsgas i kärngaserna.

Sammanfattning av uppfinningen.

Vad som är utmärkande och kännetecknande för uppfinningen framgår av krav 1.

Vid en utföringsform av uppfinningen är ett flertal perifert förskjutna ihåliga element belägna mellan en yttre förbiledningskanal och kärnmotorns centrumkropp, som sträcker sig radiellt tvärs över den area, genom vilken kärn- gaserna från kärnmotorn utblåses. Vart och ett av de ihåliga elementen är öppet vid sin radiellt yttre ände för mottagning av relativt kall gas från förbiled- ningskanalen och kan tillslutas vid den radiellt inre änden vid centrumkroppen.

Alternativt skulle vissa öppningar kunna vara anordnade vid den radiellt inre änden för att ge viss luftströmning in i centrumkroppsområdet. Varje ihåligt element är utformat med en öppning genom sina sidoväggar nära den väsentligen utefter det ihåliga elementets hela längd sig sträckande bakkanten för utström- ning av förbiledningsgas från förbiledningskanalen i en riktning, som underlät- tar noggrann blandning av kärngaserna och förbiledningsgasen. En vridbar led- skena är anordnad i denna öppning hos vart och ett av de ihåliga elementen och dessa skenor styrs för att variera luftflödet genom ovannämnda öppningar. Radi- ellt förlöpande insprutningsrör är anordnade i varje ihåligt element i närheten av motstående sidor av desamma, så att de kyls av den genom det ihåliga elemen- tet strömmande förbiledningsgasen. Insprutningsrören är försedda med ett fler- tal öppningar intill de ihåliga elementens sidoväggar och motsvarande öppningar är anordnade i dessa väggar så att bränsle under förstärkardrift inleds i om- rådet mellan närliggande ihåliga element. Den bakre änden hos varje ihåligt ele- ment är utformad som en relativt bred, väsentligen platt yta, som verkar som en flamhållare för bränslet, som tillförs från insprutningsrören och förbränns i förstärkaren. Den främre änden hos varje ihåligt element är krökt till en vinkel svarande väsentligen mot virvelvinkeln hos de från kärnmotorn utblåsta kärngas- erna så att virvelbildningen hos denna gas upphävs.

Kort beskrivning av ritningarna.

Uppfinningen kan förstås bättre genom hänvisning till ritningarna, på vilka fig. 1 är en schematisk tvärsnittsvy, med delar utelämnade, som visar det allmänna utförandet av en gasturbinmotor, vid vilken uppfinningen tillämpas.

Fig. 2 är en förstorad sektionsvy av en del av gasturbinmotorn åskådlig- görande detaljer av uppfinningen. 3 466 559 Fig. 3 är en tvärsnittsvy genom komponenter hos konstruktionen för att yt- terliga åskådliggöra detaljer av uppfinningen, fig. 4A är en sektionsvy utefter den bågformiga linjen 4-4 i fig. 3, visande styrledskenor i ett läge, fig. 4B är en vy liknande den i fig. 4A, visande skenorna i ett andra läge.

Beskrivning av en föredragen utföringsform.

I fig. 1 visas allmänt en gasturbinmotor 10, som innefattar en allmänt med 12 betecknad kärnmotor och en kärnmotorn omgivande förbiledningskanal 14. Gas, normalt luft tillförs genom ett inlopp 16 till en allmänt vid 18 visade fläkt.

En del av denna luft inleds till kärnmotorn genom en passage 20, komprimeras i en kompressor 21, tillförs till en brännare 22 för förbränning av bränsle, och de resulterande heta gaserna inleds till en turbin 23 för drift av motorn, och kärngaserna utblåses genom en passage 24. Den andra delen av inloppsgasen riktas genom förbiledningskanalen eller -passagen 14, blandas därpå åtminstone delvis med kärngaserna och de blandade förbilednings- och kärngaserna strömmar ut genom utblåsningsmunstycket 26 hos motorn i och för åstadkommande av drivkraft. En förstärkare eller efterförbrännare 27 är anordnade för tillförsel av ytterligare värme till utblåsningsgaserna.

Apparaten enligt uppfinningen är belägen mellan förbiledningskanalen 14, kärnmotorutblåsningspassagen och förstärkaren 27. Med hänvisning till fig. 2 och 3, som visar detaljer av uppfinningen, visas där ett flertal perifert åtskilda ihåliga element 28. Vart och ett av dessa ihåliga element 28 sträcker sig allmänt radiellt mellan en inre vägg 30 hos förbiledningskanalen 14 och kärn- motorns centrumkropp 32. A _ Vart och ett av de ihåliga elementen är öppet vid sin radiellt yttre ände för mottagning av förbiledningsgas från förbiledningskanalen 14 och kan till- slutas vid sin radiellt inre ände vid centrumkroppen 32, men vissa öppningar kan vara anordnade vid den radiellt inre änden för att ge viss luftström in i centrumkroppområdet. Med hänvisning särskilt till fig. 4A och 4B innefattar vart och ett av de ihåliga elementen åtskilda sidoväggar 34 och en bakre vägg 36, som sträcker sig mellan sidoväggarna. Den bakre väggen bildar en flamhållaryta, så- som kommer att beskrivas senare. Den främre änden 40 hos vart och ett av de ihåliga elementen är krökt så att den är riktad väsentligen parallellt med strömmen av de från kärnmotorns turbin utblåsta, virvlande kärngaserna, vilken strömningsriktning antyds med pilar 38 i fig. 4A och 4B. Mer effektiv drivkraft uppnås om utblåsningsgasen strömmar ut väsentligen axiellt genom utblåsnings- munstycket och utförandet av det ihåliga elementet med den ovan beskrivna krökta främre änden, medför ett upphävande av de utströmmande kärngasernas virvelrörel- se så att dessa gaser strömmar i en väsentligen axiell bana bakom de ihåliga ga elementen. 466 559 4 Ett flertal radiellt förlöpande stödorgan 42 är anordnade för att stödja den bakre änden hos kärnmotorn. Dessa stag 42 är anordnade i de ihåliga elemen- ten 28 så att de kyls av de genom de ihåliga elementen passerande relativt kalla förbiledningsgaserna.

För tillförsel av bränsle för förstärkaren är ett par insprutningsstag eller -rör 44 anordnade i vart och ett av de ihåliga elementen 28. Insprutnings- rören 44 sträcker sig väsentligen radiellt och är fästade vid motstående sido- väggar 34 hos de ihåliga elementen på något lämpligt sätt, t.ex. genom svetsning. För att åstadkomma utströmning av bränslet från insprutningsrören 44 in i kärngaserna för förbränning i förstärkaren, innefattar vart och ett av insprutningsrören 44 ett flertal radiellt förskjutna öppningar 46, och därmed i linje liggande öppningar eller en längsgående slits är anordnad i de ihåliga elementens sidoväggar 34 för passage av bränslet.

För att vidmakthålla förbränning av det i den snabba gasströmmen 38 ut- strömmande bränslet, är varje ihåligt element 28 vid sin bakre ände utbildat med en relativt bred, väsentligen platt yta 36, som kan tjäna som flamhållare. Utan- för ytan 36 finns det en ytterligare, perifer flamhållande yta 37. De förbi ytan 36 strömmande gaserna tenderar att recirkulera intill ytan 36 så att det bildas ett recirculerande strömningsområde för vidmakthållande av flamman. Det ihåliga elementets 28 form åstadkommer sålunda upphävning av virvelbildningen hos de från kärnmotorn utströmmande kärngaserna på grund av det ihåliga elementets krökta främre ände, och bildar även en flamhållare i närheten av ytan 36 vid den bakre änden hos det ihåliga elementet. Placeringen av insprutningsrören i det ihåliga elementet 28 så att den genom det ihåliga elementet strömmande relativt kalla förbiledningsgasen även strömmar över insprutningsrören 44, håller dessa vid en lägre temperatur än vad som annars vore möjligt. Därigenom motarbetas sönderdelning av bränslet och igensättning av små hål i bränslesystemet minime- ras. Förbiledningsgasen kyler även sidoväggarna 34 hos de ihåliga elementen, som utsätts för värme från de heta kärngaserna och flamhållarytan 36, som är utsatt för värmen från det brinnande bränslet.

För att åstadkomma utströmning av förbiledningsluften för blandning med de utefter banan 38 strömmande kärngaserna är vart och ett av de ihåliga elementen försett med en öppning i en sidovägg 34 nära sin bakre kant, såsom visas vid 48.

Denna öppning 48 sträcker sig radiellt väsentligen över hela den radiella längd- en av det ihåliga elementet, så att förbiledningsgas, som strömmar in i det ihå- liga elementet från förbiledningskanalen 14 strömmar ut i strömmen av kärngaser på ett sätt som åstadkommer noggrann blandning av förbiledningsgaserna och kärn- gaserna. Den enligt ovan i sidoväggen hos det ihåliga elementet anordnade 9:1 5 466 559 öppningen 48 bringar förbiledningsgasen att strömma ut från det ihåliga elemen- tet i en genom pilarna 49 antydd riktning så att närliggande strömmar av förbi- lednings- och kärngaser blandas noggrant genom den skjuvningsverkan som alstras vid de närliggande gasströmmarna. Den stora ytan hos öppningarna 44 i de ihåliga elementen ökar skjuvningsarean. Förbiledningsgaserna blandas sålunda med kärn- gaserna från kärnmotorn över väsentligen hela den radiella utsträckningen och hela perifera utsträckningen av kärngasernas flödesbana, varigenom en väsent- ligen likformig blandning av gaserna uppnås.

För tillgodoseende av de varierande tillstånden under driftområdet från underljuds- till överljudshastighet och med både förstärkt och icke-förstärkt drift, är en ledskena 50 anordnad i varje ihåligt element för styrning av för- biledningsluftflödet genom öppningen 48. Vid den visade utföringsformen är varje ledskena onterad på en stång 52, så att den är rörlig mellan ett öppet läge och ett slutet eller delvis slutet läge. Lämpliga organ kan vara anordnade för in- grepp med den radiellt yttre änden hos stängerna 52 för att samtidigt manövrera stängerna i pilarnas 56 riktning och därigenom manövrera ledskenorna till varje önskat läge mellan de visade öppna och slutna lägena. Såsom visas i fig. 2 kan exempelvis var och en av stängerna 52 vara ansluten medelst en hävarm 53 till en perifert förlöpande gemensam ring 54, som manövreras för att åstadkomma samtid- igt rörelse av ledskenorna 50. Ringen är ansluten till varje hävarm 53 medelst en tapp 55. Dylika ringar för att påverka komponenter hos gasturbinmotorer är väl kända och närmare visning av den är därför ej nödvändig. Andra lämpliga arrangemang för manövrering av ledskenorna 50 kan användas. Anordningar för att styra flödet av förbiledningsluft in i de utblåsta kärngaserna är kända och brukar vanligen benämnas förbiledningsinjektorer med variabel yta. I föreliggan- de fall är emellertid denna förbiledningsinjektor med variabel genomströmnings- area lämpligen anordnad som del av varje ihåligt element 28, varigenom ytterli- gare en egenskap är införlivad i den genom de ihåliga elementen 28 bildade enkla enhetsstrukturen.

För att kyla förstärkarfodret 58 riktas en del av de genom förbilednings- kanalen 14 strömmande förbiledningsgaserna genom en kanal 60 och passerar utef- ter fodrets 58 yttre vägg för kylning därav. Fodret 58 innefattar vidare ett stort antal mycket små hål antydda med något överdriven storlek vid 62, genom vilka förbiledningsgaserna riktas mot den inre väggen av fodret 58 för ytterli- gare kylning av det.

Genom den föreliggande uppfinning är ett flertal effektiva funktioner införlivade i en enda konstruktion, nämligen de perifert förskjutna ihåliga »cc 466 559 6 elementen 28, som sträcker sig radiellt från förbiledningskanalens 14 inre vägg 30 till centrumkroppen 32. Förbiledningsgas leds från kanalen 14 in i den öppna radiellt yttre änden hos vart och ett av de ihåliga elementen och denna gas strömmar under ledskenornas 50 kontroll genom öppningarna 48 i sidoväggen hos de ihåliga elementen för styrd blandning av de utefter banan 38 från kärnmotorn ut- blåsta kärngaserna. Förbiledningsgasen strömmar genom den radiella utsträckning- en av de ihåliga elementen 28, kylande stödelementen 42 och insprutningsrören 44, och riktas därefter utefter en med pilarna 49 antydd bana så att förbiled- ningsgasströmmen tillhandahåller ett stort skjuvningsområde för kärngaserna, och förbiledningsgasen och kärngaserna blandas noggrant över väsentligen hela den perifera och radiella utsträckningen av området mellan närliggande ihåliga ele- ment genom den skjuvningsverkan, som alstras vid de närliggande gasströmmarna.

Styrledskenorna 50 är även anordnade som del av de ihåliga elementens 28 kon- struktion för att variera strömmen av förbiledningsgas genom de ihåliga elemen- ten beroende på varierande drifttillstånd. De ihåliga elementen 28 är vid sin främre ände utformade med en krök för att åstadkomma upphävning av kärngasernas virvelrörelse, och är vid sin bakre ände utformade med en bred platt yta för tillhandahållande av en flamhållare för i förstärkaren brinnande bränsle. Den in i de ihåliga elementen ledda förbiledningsgasen kyler sidoväggarna hos de ihåli- ga elementen, stödelementen och insprutningsrören, flamhållarytorna samt centrumkroppen.

Claims (9)

466 559 Patentkrav.

1. Anordning vid gasturbinmotor innefattande en kärnmotor (12) och en tillhörande centrumkropp (32), ett inlopp (16) för tillförsel av en gasström till kärnmotorn, en kärnmotorn omgivande förbiledningskanal (14) för förbiled- ning av en del av gasen runt kärnmotorn, samt en förstärkare (27) efter kärn- motorn för att åstadkomma förstärkt drivkraft, ett flertal perifert förskjutna ihåliga element (28) belägna i kärngasströmmen från kärnmotorn, av vilka vart och ett sträcker sig väsentligen radiellt från förbiledningskanalen till centrumkroppen (32), och är öppet vid sin radiellt yttre ände för mottagning av förbiledningsgas från förbiledningskanalen (14), samt innefattar åtskilda sido- väggar, k ä n n e c k n a d av en öppning (48) i en av sidoväggarna (34) nära bakkanten och sträckande sig väsentligen över längden har vart och ett av ele- menten för utsläpp av förbiledningsgas i en riktning, som ger en noggrann blandning av kärngaserna och förbiledningsgasen över väsentligen hela området mellan närliggande ihåliga element.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att organ (50) är anordnade i var och en av nämnda öppningar (48) för att styra strömmen av förbi- ledningsgas genom den.

3. Anordning enligt krav 2, kä n n e t e c k n a d av att nämnda organ innefattar en vridbar ledskena (50) anordnad i varje öppning, samt organ (52-55) för samtidig manövrering av ledskenorna i och för variation av förbilednings- gasströmmen genom elementen.

4. Anordning enligt något av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att ett insprutningsrör (44) är anordnat i vart och ett av elementen (28) och inne- håller öppningar för utströmning av bränsle för förstärkaren från varje ihåligt elements sida in i kärngaserna, varvid insprutningsrören kyls medelst genom de ihåliga elementen passerande förbiledningsgas.

5. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att den bakre väggen hos varje ihåligt element är utformad som en relativt bred yta (36) för att bilda en flamhållare för bränsle, som utströmmar från insprutningsstängerna och förbränns i förstärkaren.

6. Gasturbinmotor enligt krav 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a d av att vart och en av insprutningsrören (44) är monterat på en sidovägg (34) hos mot- svarande ihåliga element (28), och har ett flertal radiellt åtskilda öppningar, varvid sidoväggen (34) hos motsvarande ihåligt element har en i linje med dessa öppningar liggande öppning för att medge passage av bränsle från insprutnings- rören till utrymmena mellan de ihåliga elementen. 466 559 8

7. Anordning enligt något av krav 4 - 6, k ä n n e t e c k n a d av att ett insprutningsrör (44) är anordnat intill varje sidovägg (34) hos varje ihåligt element för insprutning av bränsle i utrymmena på båda sidor av mot- svarande ihåligt element.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att vart och ett av de ihåliga elementen är krökt vid sin främre ände (40) i en riktning motsvarande väsentligen utströmningsvinkeln för kärngaser från kärn- motorn i och för upphävande av kärngasernas virvelbildning.

9. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a.d av att utsidan hos var och en av sidoväggarna (34) hos varje ihåligt element är utsatt för värmen från däröver strömmande kärngaser, utsidan av den bakre väggen hos varje ihåligt element är utformad som en relativt bred yta (36) för bildande av en flamhållare, stödelement (42) för motorn är anordnade i de ihåliga elementen, bränsleinsprutningsrör (44) är anordnade i de ihåliga elementen, samt att den genom de ihåliga elementen strömmande förbiledningsgasen kyler sidoväggarna, den flamhållande ytan, stödelementen samt insprutningsrören.