DE2707063A1

DE2707063A1 - Mischer fuer eine fan-triebwerksanlage

Info

Publication number: DE2707063A1
Application number: DE19772707063
Authority: DE
Inventors: Vincent James Disabato
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1976-02-20
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1977-08-25
Also published as: JPS52101312A; US4045957A; CA1087405A; GB1517685A; FR2341746A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fan(Gebläse)-Gasturbinentriebwerke und betrifft insbesondere die Auslaßleitschaufel der Turbine und den Mischer für den Primär- und den Sekundär- oder Fan-Gasstrom.

Es ist in der Triebwerkstechnik bekannt, stromabwärts der Turbine einen Mischer vorzusehen, der die Fan-Auslaßluft mit der Turbinenauslaßluft vermischt, um eine Lärmverrringerung zu erreichen. Typischerweise handelt es sich bei dem Mischer

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um einen Mischer mit gelapptem Querschnitt (im folgenden abgekürzt als gelappter Mischer) bezeichnet, der beispielsweise in der US-PS 3 508 403 beschrieben ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird,

Typischerweise treten Turbinenabgase mit einer hohen Wirbelgeschwindigkeitskomponente aus und die unmittelbar stromabwärts der Turbine vor dem Mischer angebrachten Leitschaufeln dienen zum Geraderichten der Strömung. Bei dem Geraderichten des Abgases ergeben sich jedoch Druckabfälle, die den Wirkungsgrad der Triebwerksanlage nachteilig beeinflussen. Darüberhinaus sind die Drehschaufeln mit ihrer Befestigungskonstruktion kompliziert und schwer und erfordern zusätzlichen Raum.

Da der gelappte Mischer eine gewisse Länge benötigt, um den Primär— und den Fan-Strom in die richtige Position zum Vermischen zu leiten, befaßt sich die Erfindung mit der wirksamen Ausnutzung dieser Länge durch Kombinieren der Leitschaufeln mit dem Mischer. Dadurch wird nicht nur die Gesamtlänge des Triebwerkes verkürzt und gleichzeitig Gewicht eingespart, sondern es werden auch Druckverluste minimiert und sogar eliminiert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Leitschaufel— und Mischeranordnung für ein als Fan-Triebwerk ausgebildetes Zweistrom-Turboluftstrahltriebwerk zu schaffen.

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Die Erfindung kombiniert die TurbinenauslaSleitschaufeln mit dem Mischer eines Fan-Triebwerkes. Außerdem werden die Turbinenauslaßleitschaufeln und der gelappte Mischer als ein Ganzes ausgebildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Mischer-

Turbinenaus laßleitschaufel-Konstruktion in bezug auf ein Fan-Triebwerk,

Fig. 2 eine hintere Endansicht der Einheit aus

gelapptem Mischer und Leitschaufeln,

Fig. 3 eine vordere Endansicht der Einheit aus

gelapptem Mischer und Leitschaufeln,

Fig· 4 einen Teilschnitt in einer Axial ebene, und Fig. 5 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 5-5

von Fig. 3.

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-r-

Fig. 1 zeigt als ein Beispiel eines Fan-Triebwerkes das von der Fa. Pratt & Whitney, einer Tochtergesellschaft der Fa. United Technologies Corporation, hergestellte Modell JT-9D, auf das hier Bezug genommen wird und das in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Es vermisch⁴: aus der Turbine 12 austretende Luft (Primärstrom) mit durch einen Ring 14 strömender Fan-Auslaßluft (Sekundärstrom). Der gelappte Mischer, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 16 bezeichnet ist, kann irgendeine an sich bekannte Gestalt und Form haben, ausgenommen in dem Umfang, wie er gemäß der Erfindung modifiziert wird.

Gemäß den Fig. 2 bis 5 bildet der Mischer eine ausgebogte einteilige Anordnung mit äußeren umfangsmäßigen Erhöhungen 18 und mit inneren umfangsmäßigen Erhöhungen 20. Die inneren Erhöhungen 20 gehen von einem kreisförmigen Querschnitt aus in bezug auf die Strömungsrichtung axial nach hinten zu einem kleineren Durchmesser, um mit den Abstand voneinander aufweisenden und im wesentlichen parallelen Seitenwänden 24 und 26 der Erhöhungen Rinnen oder Kanäle 27 zu bilden. Die äußere Erhöhung 18, die in dieser Konfiguration einen breiteren Querschnitt hat, um ein größeres Volumen an Primärgasen aufzunehmen, geht von dem kreisförmigen Querschnitt 22 aus axial zu einem größeren Durchmesser (bei Betrachtung in derselben Richtung wie die Erhöhung 20) und bildet ebenfalls Rinnen oder Kanäle 28 (Fig. 5). Diese Rinnen haben eine genau festgelegte Form, um den Primärstrom und den Fan- oder Sekundärstrom

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so wirksam zu vermischen, daß sich eine Verbesse rung der Triebwerksgesamtleistung und eine wirksame Lärmverringerung ergeben. Der gelappte Mischer an sich ist bekannt und bildet keinen Teil der Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist der Mischer mit Leitschaufeln 30 versehen, die von dem Boden der inneren Erhöhungen aus zu der Triebwerksmittellinie hin vorstehen und von der Innendurchmesser-Fläche der den Boden der Rinne 27 bildenden Wand ausgehen. Die Leitschaufeln 30 können in dieser Ausführungsform als Umkleidungen der Bodenwand der inneren Erhöhungen angesehen werden. Gemäß Fig. 5 ist jede Leitschaufel 30 so profiliert, daß sie Abgase aus der rotierenden Turbine 12 empfängt. Der Strom aus der Turbine, der eine hohe Tangenttalgeschwindigkeitskomponente hat, trifft auf die Leitschaufel, welche den Strom im wesentlichen ohne Druckverluste dreht, da die Geschwindigkeit an denn Einlaß nahezu gleich der Geschwindigkeit an dem Auslaß sein wird.

Ein kegelförmiges Teil 34, welches eine aerodynamische Stromlinienform hat, ist zentrisch in dem Mischer 16 angeordnet, bildet einen Ringkanal 36 und ist so profiliert, daß es mit seinem Umfang an dem Scheitel der unteren Erhöhungen 20 liegt, so daß es eine obere Abdeckung für die Rinnen 28 bildet, welche den gesamten Primärstrom aufnehmen, so daß er insgesamt durch sie hindurchgeht.

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ß -5

Der Spalt zwischen dem kegelförmigen Teil 34 und der ringförmigen Wand 22, der in axial rückwärtiger Richtung kleiner wird, bietet ausreichend Raum, der gewöhnlich leer ist, zur Aufnahme der Leitschaufeln 30. Die Leitschaufeln können sich über eine ausreichende Strecke nach rückwärts erst recken, und zwar in Abhängigkeit von den gewünschten Drehströmungskenndaten und von der gewünschten Kons truktions -Integrität. In der bevorzugten Ausführungsform ist es zwar erwünscht, daß die Leitschaufeln mit dem Mischer ein Ganzes bilden, im Rahmen der Erfindung können sie aber von dem kegelförmigen Teil 34 ausgehen und sich in bezug auf die Kanäle in dem Mischer orientieren.

Vorstehende Darlegungen zeigen, daß das Drehen innerhalb des Mischers erfolgt, wodurch eine getrennte, axial versetzte Leitschaufelanordnung eliminiert wird und dadurch die Druckverluste minimiert werden, welche als Folge von Diffusion in der Leitschaufelanordnung sowie in der Übergangsströnnung von einer Anordnung zur anderen auftraten.

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Claims

Patentansprüche:

Γ\

(1.1 Mischer für eine Fan-Triebwerksanlage, der zum Vei—

Ky

mischen des Primärstroms und des Sekundärstroms stromabwärts der Turbine angeordnet ist, mit einem am Umfang sinusförmig ausgebildeten Körper mit inneren und äußeren Erhöhungei,von denen die inneren Erhöhungen der Achse des Triebwerkes näher sind und eine Bodenwand haben, gekennzeichnet durch Strömungs leitvorrichtungen (30), die an der Bodenwand angeordnet sind, welche sich innerhalb des Körpers des Mischers (16) erstreckt, um den aus der Turbine (12) austretenden Primärstrom zu drehen, so daß das Drehen des Turbinenabgasstroms innerhalb des Mischers und vor dem Vermischen mit dem Fan-Auslaßluftstrom oder Sekundärstrom erfolgt.

2, Mischer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein kegelförmiges Teil (34), das eine achsensymmetrische Gestalt hat,

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einen Teil mit größerem Durchmesser zwischen seinen Enden aufweist und umfangsmäßig an einem Umfangsteil der inneren Erhöhungen (20) anliegt.

3. Mischer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen mehrere Leitschaufeln (30) sind.

4. Mischer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (30) mit der Bodenwand der inneren Erhöhungen (20) ein Ganzes bilden.

5. Mischer für eine Fan-Trieb Werksanlage, der zum Vermischen des Primärstroms und des Sekundärstroms stromabwärts der Turbine angeordnet ist und einen kreisförmigen Hohlkörperteil sowie einen am Umfang sinusförmigen Körpei— teil aufweist, der axial von ihm ausgeht, wobei der sinusförmige Körperteil innere und äußere Erhöhungen bildet, von denen die inneren Erhöhungen der Achse des Triebwerkes näher sind und eine Bodenwand haben, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein im wensentlichen kegelförmiges Teil (34) durch den Mischer (16) erstreckt und einen Teil mit größerem Durchmesser, der in einer Querebene an den inneren Erhöhungen (20) anliegt, sowie einen Teil mit kleinerem Durchmesser aufweist, der an dem kreisförmigen Teil einen Ringraum begrenzt, und daß ein leitschaufelförmiges Teil (30) neben der sich innerhalb des Körpers des Mischers erstreckenden Bodenwand angeordnet

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ist und einen sich in den hohlen Teil des kreisförmigen Körperteils erstreckenden vorderen Rand hat, um den aus der Turbine austretenden Primärstrom zu drehen, so daß das Drehen der Turbinenabgase innerhalb des Mischers (16) erfolgt, bevor sie mit dem Sekundär— oder Fan-Auslaßluftstrom an dem Auslaßende des Mischers vermischt werden.

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