DE3218927A1 - Gasturbinentriebwerk fuer einen flugkoerper - Google Patents

Gasturbinentriebwerk fuer einen flugkoerper

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Thomas 6370 Oberursel Weber
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Description

Klöckner-Humboldt-Dcutz AG
5000 Köln 80, den 07.05.1982
Unser Zeichen: D 82/13 AE-ZPB Ca/Bi Gasturbinentriebwerk für einen Flugkörper
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk für einen Flugkörper mit einem Verdichter, einer Rotorwelle und zumindest einer Turbine, bei dem zwischen dem Verdichter und der Turbine ein von der Rotorwelle angetriebener Generator zur Energieversorgung von Hilfsgeräten des Flugkörpers angeordnet ist, der aus einem Generatorgehäuse, einem Generator-Stator und einem Generator-Läufer besteht, wobei der Generator über Turbinentreibstoff kühlbar ist.
Gasturbinentriebwerke, die zum kurzzeitigen Betrieb in unbenannten Flugkörpern eingesetzt werden, zeichnen sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Sie besitzen einen direkt von der verlängerten Rotorwelle angetriebenen Generator für die Stromversorgung der Hilfsgeräte des Flugkörpers, der dem Verdichter vorgelagert in der Verdichternabe angeordnet ist. Hierdurch wird das Gasturbinentriebwerk verlängert, und der Generator beeinflußt, strömungstechnisch gesehen, den Ansaugquerschnitt des Verdichters in negativer Weise.
»0005.81 P0 PMO/
Klöckncr-Humboldt-Deutz AG
Ai
- 4 - 07.05.1982
D 82/13
Es ist daher bereits bei einem bekannten Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung (ZTL-Studie 1978 der Klöckner-Humboldt-Deutz AG "Schubtriebwerk für kurze Lebensdauer ohne Getriebe für Hilfsgeräte", Kapitel 3.5.2 und Bild 12) vorgeschlagen worden, den Generator zwischen Verdichter und Turbine anzuordnen und mit Turbinentreibstoff zu kühlen. Diese Generator-Anordnung und -Kühlung, die hierbei nur als Prinziplösung angesprochen wird, ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. So sollen die Herstellungskosten des Gasturbinentriebwerks durch diesen geänderten Gesamtaufbau und die dann erforderliche Kühlung nicht steigen, und es soll keine negativen Einwirkungen auf die Treibstoffversorgung der Brennkammer hervorgerufen werden.
15
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt somit darin, diese Probleme zu beseitigen, d. h. bei einem einfachen und kostengünstigen Aufbau des Gasturbinentriebwerks für eine intensive Kühlung des Generator-Stators, des Generator-Läufers sowie ggfs. weiterer Bauteile des Gasturbinentriebwerks im Rotorwellenbereich zu sorgen.
Diese Aufgabe wird an einem Gasturbinentriebwerk der in Rede stehenden Gattung durch die im Kennzeichen des An-Spruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Der erfindungsgemäße Wärmetauscher, der den Generator radial umgibt, kühlt mittels seines von Turbinentreibstoff
Klöckner-Humboldl-Deutz AG
• · · I I I
07.05.1982 D 81/13
durchströmten Primärraums den Generator-Stator intensiv ab. Andererseits grenzt dieser Primärraum über die Zwischenwand an den Sekundärraum, durch den ein Teilstrom der Verdichterluft geführt wird, so daß sich die Verdichterluft unter dem Einfluß des konvektiven Wärmeübergangs an dem Treibstoff abkühlen kann und anschließend zur Kühlung des Generator-Läufers und ggfs. der Rotorwellenlagerung zur Verfugung steht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich der Wärmeübergang an der Zwischenwand durch die Anordnung von Rippen verbessern. Diese Rippen können sowohl im Primär- als auch im Sekundärraum schraubenlinienförmig verlaufende Kühlkanäle bilden.
15
Zur Herstellungs- und Montagevereinfachung kann die Zwischenwand beiderseits entsprechende Rippen aufweisen. In sie wird beim Zusammenbau des Gasturbinentriebwerks das glatte Generatorgehäuse eingeschoben, so daß sich zwischen Generatorgehäuse, Zwischenwand und Rippen Kuhlkanäle bilden. Weiterhin wird über die Zwischenwand eine isolierte Abdeckung geschoben, so daß zwischen dieser Abdeckung und der Zwischenwand Kühlkanäle für die Verdichterluft auf diese Art gebildet werden.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Generatorgehäuse mit Rippen zu versehen und die Zwischenwand auf ihrer Innenweite glatt auszubilden, so daß zwischen dem Generatorgehäuse und der Zwischenwand Kühlkanäle für den Treibstoff zur Verfügung stehen.
10 000 SJIPO
CSI
Klöcknor-Humboldt-Deutz AG Ζλ^ if % ΒΠ1 SW ; ··; · ; ;
• · · · · Il til
- 6 - 07.05.1982
D 81/13
Weiterhin wird vorgeschlagen, den Teilstrom der Verdichterluft, der bereits zur Kühlung des Generators und der Rotorwellenlagerung diente, schließlich noch dem Laufrad der Turbine zur Kühlung zuzuführen. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders günstige Möglichkeit der Laufradkühlung.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Die Figur zeigt eine Teilansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem Längsschnitt durch ein Gasturbinengehäuse, einer Rotorwellenlagerung sowie einem schematisch dargestellten Generator.
In der Figur ist mit 1 eine Rotorwelle eines Gasturbinentriebwerks bezeichnet, auf der ein teilweise dargestelltes Verdichterlaufrad 2, ein Generator 3 zur Stromversorgung von Hilfsgeräten und ein nicht dargestelltes Laufrad einer Turbine nacheinander angeordnet sind. Der Generator 3 weist ein Generatorgehäuse 4, einen Generator-Stator 5 und einen Generator-Läufer 6 auf. Die Rotorwelle 1 ist u. a. Ober ein Rotorwellenlager 7 im Generatorgehäuse 4 gelagert. Außerdem ist das Generatorgehäuse 4 von einem Wärmetauscher 8 umgeben, der diesen über eine Zwischenwand 9 in einen von Turbinentreibstoff durchströmten Primärraum 10 und einen von Verdichterluft durchströmten Sekundärraum 11 unterteilt. Sowohl in dem Primärraum 10 als auch in dem Sekundärraum 11 ragen einteilig mit der Zwischenwand 9
MOOOBIt pg
PMC
Klöckner-Humboldt-Dcutz AG /Wi GP&feT! KM? J *.. I . : I "' *. . '.m \ '
- 7 - 07.05.1982
D 81/13
ausgebildete Rippen 12, die jeweils Kiihlkanäle 10a bzw. 11a bilden. Wie weiterhin aus der Figur hervorgeht ist die Zwischenwand 9 ein Bestandteil eines Gasturbinengehäuses 13, in welches das Generatorgehäuse 4 geschoben wird. Die Rippen 12 an der Außenseite der Zwischenwand 9 sind zwecks Bildung der Kiihlkanäle 11a von einer isolierten Abdeckung
14 verschlossen. Das Gasturbinengehäuse 13 und das Generatorgehäuse 4 bilden gemeinsam eine Umlenkeinrichtung
15 zur Leitung der abgekühlten Verdichterluft in Richtung Generator-Läufer 6.
Ein Teilstrom der Verdichterluft, bezeichnet in der Figur mit A, strömt durch den Sekundärraum 11 des Wärmetauschers 8 und wird an dem durch den Primärraum 10 strömenden Turbinentreibstoff, der von einer Treibstoffpumpe aus über den Primärraum zu einer nicht dargestellten Brennkammer strömt, abgekühlt. Diese abgekühlte Verdichterluft wird anschließend von der Umlenkeinrichtung in das Inneres des Generatorgehäuses 4 geleitet, kühlt dort das Rotorwellenlager 7, den Generator-Läufer 6 und unter Umständen ein nicht dargestelltes Laufrad der Turbine ab. Auf diese Weise läßt sich eine besonders intensive Kühlung des Generators, der Rotorwellenlagerung und ggfs. des Turbinenlaufrades bei geringem baulichem Aufwand erzielen.
25
fOOOOIlipo FI(D/

Claims (5)

  1. Klöckner-Humboldt-Deutz AG
    5ÖlÖ0'K81r»"80y"dert*67\ "Mai 1982
    Unser Zeichen: D 82/13 AE-ZPB Ca/Bi
    Patentansprüche
    Gasturbinentriebwerk für einen Plugkörper mit einem Verdichter, einer Rotorwelle und zumindest einer Turbine, bei dem zwischen dem Verdichter und der Turbine ein von der Rotorwelle angetriebener Generator zur Energieversorgung von Hilfsgeräten des Flugkörpers angeordnet ist, der aus einem Generatorgehäuse, einem Generator-Stator und einem Generator-Läufer besteht, wobei der Generator über
    Turbinentreibstoff kühlbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Generatorgehäuse (4) von einem Wärmetauscher (8) umgeben ist, welcher über eine im wesentlichen koaxial zur Rotorwelle (1) verlaufende
    Zwischenwand (9) in zwei kühlmitteldurchströmte Räume (10 und 11) aufgeteilt ist, von denen ein innerer Primärraum (10) von Turbinentreibstoff und ein äußerer Sekundärraum
    (11) von Verdichterluft durchströmt ist, wobei die abgekühlte Verdichterluft über eine Umlenkeinrichtung (15) dem Generator-Läufer (6) und ggfs. zumindest einem Rotorwellenlager (7) zuführbar ist.
  2. 2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß in dem Primär- (10) und/oder dem Sekundärraum (11) des Wärmetauschers (8) Rippen (12) angeordnet sind.
    Klöckner-Humboldt-Deutz AG
    - 2 - 07.05.1982
    D 81/13
  3. 3. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (9) ein Teil des Gasturbinengehäuses (13) ist, in den das Generatorgehäuse (4) einschiebbar ist, wobei die Zwischenwand (9) nach innen und außen radial vorspringende Rippen (12) aufweist, die innen an das Generatorgehäuse angrenzen und die außen von einer isolierten Abdeckung (14) derart abgeschlossen sind, daß beiderseits der Zwischenwand (9) vorzugsweise schraubenlinienförmig verlaufende Kuhlkanäle (10a und lla) gebildet werden.
  4. 4. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (9) auf ihrer Innenseite glatt ausgebildet ist und das Generatorgehäuse (4) radial vorspringende Rippen (12) aufweist, die an die glatte Zwischenwand (9) angrenzen.
  5. 5. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Generator-Läufer
    (6) strömende Verdichterluft einem Laufrad der Turbine zur
    Kühlung zuführbar ist.
    25
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