DE3512714A1

DE3512714A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3512714A1
Application number: DE19853512714
Authority: DE
Inventors: Heinz 6380 Bad Homburg Brockmann; Thomas 6370 Oberursel Weber
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1985-04-09
Publication date: 1986-10-09

Description

Gasturbinentr iebwerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit einem vorzugsweise als geteilter Radialverdichter ausgebildeten Verdichter zur Drucklufterzeugung, der mit einem Vorsatzläufer versehen ist, sowie mit einem Kühlluftgebläse zur Kühlluftversorgung von an dem Gasturbinentriebwerk angeordneten Aggregaten bzw. Verbrauchern.
Derartige Gasturbinentriebwerke sind allgemein bekannt und finden beispielsweise in Hilfsenergiesystemen von Flugzeugen Verwendung. Bei dieser beispielhaft genannten Einsatzmöglichkeit in Flugzeugen wird die Hilfsenergie vorwiegend in Form von Druckluft und elektrischer Energie benötigt.
Das Gasturbinentriebwerk eines solchen Hilfsenergiesystems, im weiteren Hilfsgasturbine genannt, erzeugt dabei die gesamte notwendige Leistung. Dabei arbeitet dieses Hilfsenergiesystem meistens völlig autark und somit unabhängig von den Haupttriebwerken oder einer Bodenenergieversorgung. Hierbei ist üblicherweise auch die gesamte Schmierölversorgung des Systems ebenso wie die Schmierölkühlung integriert. Für die Kühlung wird dabei meistens ein Olkühlerblock eingesetzt, der von einem separaten Kühlluftgebläse mit der nötigen Kühlluft über besondere Luftleitungen versorgt wird. Ein separates Kühlluftgebläse wird insbesondere auch dann notwendig, wenn ein in dem Hilfsenergiesystem vorgesehener Stromgenerator mit einem Kühlmedium gekühlt wird, welches die aufgenommene Wärme an Kühlluft abzuführen hat.
Aus diesen vorstehend geschilderten Gegebenheiten ergibt sich, daß ein derartiges Hilfsenergiesystem bzw. eine derartige Hilfsgasturbine insgesamt bei bekannten Ausführungen einen Bauraum erfordert, der insbesondere in dem exemplarisch angesprochenen Einsatzgebiet in Hochleistungsflugzeugen als störend empfunden wird. Da letztlich durch diese bekannten Ausführungen von Hilfsgasturbinen bzw. von Hilfsenergiesystemen auch der Bauaufwand erheblich ist, hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, bei einem insgesamt verringerten Bauaufwand den erforderlichen Bauraum für das Gasturbinentriebwerk bzw. das gesamte Hilfsenergiesystem zu verringern. Hierdurch soll allerdings die Funktionstüchtigkeit der Turbine bzw. des Systems in vollem Maße erhalten bleiben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Gasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzläufer und das Kühlgebläselaufrad konzentrisch auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind und der Vorsatzläufer als Tragelement für die Beschaufelung des Rühlgebläselaufrades ausgebildet ist. Somit sind bei dem Gasturbinentriebwerk nach der Erfindung der Vorsatzläufer und das Kühlgebläselaufrad als ein im wesentlichen vollständig einheitliches und kompaktes Bauelement ausgebildet. Der dadurch erforderliche Aufwand und der beispielsweise in einem Hochleistungsflugzeug zur Verfügung zu stellende Einbauraum ist dadurch in vorteilhafter Weise in dem angestrebten Rahmen verringert. Der Vorsatzläufer des Gasturbinentriebwerks ist bevorzugt axial durchströmt bzw.
ausgeführt, wodurch sich die vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit ergibt, daß dieser Vorsatzläufer von einem umlaufenden Deckband umgeben ist, auf dem die Beschaufelung des Kühlgebläselaufrades angeordnet ist. Diese Beschaufelung des Kühlgebläses ist dabei ebenfalls als axial durchströmte Beschaufelung in Form eines sogenannten Tip Fans ausgebildet.
Die dem Kühlgebläse und dem Vorsatzläufer zuströmende Kühlluft wird nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung schon vorher in zwei separate Luftzuführungskanäle aufgeteilt, die zweckmäßigerweise von einem gemeinsamen Kühlluftzuströmraum bzw. Kühllufteintritt ausgehen. Diese separaten Kühlluftzuführungskanäle sind bevorzugt konzentrisch zur Antriebswelle des Gasturbinentriebwerks mit einer gemeinsamen Trennwand vorgesehen. In dem zur Antriebswelle inneren ühlluftzuführungskanal, der bevorzugt als Luftzuführung zum Radialverdichter dient, sind zweckmäßigerweise verstellbare Eintr ittsleitschaufeln eingesetzt, mit denen die Durchsatzmenge in diesem Kühlluftzuführungskanal bis zur völligen Drosselung geregelt werden kann. Im äußeren Kühlluftzuführungskanal, d. h. der Kühlluftzuführung des Kühlluftgebläses, strömt dagegen eine konstante Durchsatzmenge zum Kühlluftgebläse bzw. einem an dem Gasturbinentriebwerk angeflanschten Wärmetauscher. Wegen der zu erwartenden Umfangsgeschwindigkeiten des Kühlluftgebläselaufrades (Tip Fans) befinden sich zweckmäßigerweise vor dessen Beschaufelung Leitschaufeln, wodurch die zuzuführende Kühlluft einen Vordrall erhält.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung (Patentanspruch 8) befaßt sich mit den Luftführungen hinter dem Radialverdichter und hinter dem Kühlluftgebläse. Die verdichtete Luft des Radialverdichters wird dabei über eine Sammelspirale den angeschlossenen Verbrauchern zugeführt. Die Kühlluft des Kühlluftgebläses strömt ebenfalls hinter dem Kühlluftgebläse in einen im wesentlichen ringförmigen Sammelkanal, der einer Spirale ähnlich ausgebildet ist und dabei innerhalb der Sammelspirale des Kühlluftabführungskanal des Radialverdichters liegt. Diese Weiterbildung der Erfindung stellt eine weitere vorteilhafte Optimierungsmaßnahme zur Reduzierung des erforderlichen Bauraumes der Gesamtanordnung dar.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäß gestalteten Gasturbinentriebwerks für ein Hilfsenergiesystem verwiesen. In den Zeichnungen sind nur die zum unmittelbaren Verständnis dargestellten Ausschnitte des Gasturbinentriebwerks bzw. eines Hilfsenergiesystems dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein vollständiges Hilfsenergiesystem in einer schematischen Seitenansicht, das mit dem erfindungsgemäusen Gasturbinentriebwerks nach Fig. 2 ausgerüstet ist; Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß gestalteten Gasturbinentriebwerks.
In den Fig. 1 und 2 sind grundsätzlich gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. In Fig. 1 ist ein komplettes Hilfsenergiesystem, das in einem Hochleistungsflugzeug Verwendung finden soll, dargestellt. Bei 2 ist ein gemeinsamer Lufteintritt für das mit einem in Fig. 1 nicht näher dargestellten geteilten Radialverdichter mit Vorsatzläufer versehenen Gasturbinentriebwerk 3 sowie für ein Kühlluftgebläse, das wie aus Fig. 2 ein einzelnen hervorgeht, als Tip Fan auf dem Vorsatzläufer des Radialverdichters ausgebildet ist, vorgesehen. Die vom Radialverdichter geförderte Druckluft gelangt über eine Druckluftführung bzw. Sammelspirale 4 und Anschlußstutzen 5 für die Druckluftentnahme zu dem jeweiligen Verbraucher des Hochleistungsflugzeugs. Mit 6 ist ein Untersetzungsgetriebe des Hilfsenergiesystems 1 sowie mit 7 ein Stromgenerator bezeichnet. Das zur Kühlung des Stromgenerators 7 verwendete Kühlöl sowie das Schmieröl der Anordnung werden in einem luftgekühlten blkühlerblock 9 zurückgekühlt, der an dem Luftaustritt 8 vom Kühlluftabströmraum des Kühlluftgebläses angeflanscht ist.
Aus der in Fig. 2 dargestellten Schnittdarstellung geht die erfindungsgemäße Gestaltung des Gasturbinentriebwerks 3 im einzelnen hervor. Dieses Gasturbinentriebwerk 3 ist mit einem geteilten Radialverdichter 10 ausgerüstet, dem ein axial durchströmter Vorsatzläufer 11 zugeordnet ist.
Dieser Vorstzläufer 11 weist auf seinem Umfang ein umlaufenden Deckband 12 auf, an dem die Beschaufelung 14 des Kühlgebläselaufrades 13 angeordnet ist. Das Kühlgebläselaufrad 13 ist ebenfalls axial durchströmt. Der Radialverdichter 10 sowie das Kühlgebläse 13 weisen jeweils einen separaten zur Antriebswelle 15 konzentrisch angeordneten Kühlluftzuströmkanal 16 bzw. 17 auf, die nebeneinander angeordnet durch eine gemeinsame Trennwand 18 separiert sind und von einem gemeinsamen Kühlluftzuströmraum 19 ausgehen.
Dieser gemeinsame Kühlluftzuströmraum 19 wird von dem in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichneten gemeisamen Lufteintritt des Hilfsenergiesystems 1 mit Luft versorgt.
In dem Luftzuführungskanal 16 des Radialverdichters 10 sind verstellbare Leitschaufeln 20 angeordnet, mit denen die Luftdurchsatzmenge zum Radialverdichter 10 geregelt werden kann. Hinter dem Radialverdichteraustritt befindet sich in bekannter Weise ein Diffusor 22 mit einer sich daran anschließenden Luftsammelspirale 23.
In dem Kühlluftzuströmkanal 17 strömt die KUhlluft zum Tip Fan bzw. Kühlluftgebläselaufrad 13. Da das Kühlluftgebläselaufrad 13 mit konstanter Drehzahl umläuft, ist hier die durchgesetzte Kühlluftmenge konstant. Wegen der zu erwartenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten des Kühlluftgelbäselaufrades 13 befinden sich vor dessen Beschaufelung 14 feste Leitschaufeln 21.
Die von dem Kühlluftgebläse 13 abströmende Kühlluft wird in einen Kühlluftabströmraum 24 geführt, der in vorteilhafter Weise radial außen von der Luftsammelspirale bzw.
der Druckluftführung 23 des Radialverdichters 10 ummantelt wird. Durch diese innerhalb der Luftsammelspirale 23 gelegene Anordnung des annähernd ringförmigen Kühlluftabströmraumes 24 ist ein weiterer Beitrag zu einer äußerst kompakten Bauweise der Gesamtanordnung geleistet. Von diesem Kühlluftabströmraum 24 strömt die Kühlluft durch eine oder mehrere Kühlluftausströmöffnungen 25 zum in Fig. 1 gekennzeichneten Kühlluftaustritt 8, an den sich die Luftführungen zum Clkühlerblock 9 anschließen.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche Gasturbinentriebwerk (3) mit einem vorzugsweise als geteilter Radialverdichter (10) ausgebildeten Verdichter zur Drucklufterzeugung, der mit einem Vorsatzläufer (11) versehen ist, sowie mit einem Kühlluftgebläse (13) zur Kühlluftversorgung von an dem Gasturbinentriebwerk (3) angeordneten Aggregaten bzw. Verbrauchern, beispielsweise einem Schmierölwärmetauscher (9), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzläufer (11) und das Kühlluftgebläselaufrad (13) konzentrisch auf einer gemeinsamen Antriebswelle (15) angeordnet sind und der Vorsatzläufer (11) als Tragelement für die Beschaufelung (14) des Kühlgebläselaufrades (13) ausgebildet ist.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsatzläufer (11) von einem umlaufenden Deckband (12) umgeben ist, auf dem die Beschaufelung (14) des Kühlgebläselaufrads (13) angeordnet ist.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläselaufrad (13) sowie der Vorsatzläufer (11) axial durchströmt sind.
4. Gasturbinentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorsatzläufer (11) und der Kühlgebläselaufradbeschaufelung (14) jeweils ein separater Luftzuführungskanal (16, 17) zugeordnet ist, die von einem gemeinsamen Kühlluftzuströmraum (19) ausgehen.
5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführungskanal (16) des Vorsatzläufers (11) und der Luftzuführungskanal (17) des Kühlluftgebläses (13) eine gemeinsame Trennwand haben.
6. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftzuführungskanal (16) des Vorsatzläufers (11) verstellbare Eintrittsleitschaufeln (20) angeordnet sind.
7. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzuführungskanal (17) des Kühlluftgebläselaufrades (13) feste Leitschaufeln (21) aufweist.
8. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftführung (4) des Verdichters (10) im wesentlichen spiralförmig ausgebildet und die vom Kühlluftgebläse (13) abströmende Kühlluft in einem Kühlluftabströmraum (24) yeführt ist, der radial außen von der Druckluftführung (4) des Verdichters (10) ummantelt wird.