DE826412C

DE826412C - Einrichtung zur Beheizung der Einlassteile von Verdichtern fuer Gasturbinen-Triebwerke, insbesondere fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE826412C
Application number: DEC785A
Authority: DE
Inventors: Winnett Boyd
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1949-04-07
Filing date: 1950-04-06
Publication date: 1952-01-03

Description

Einrichtung zur Beheizung der Einlaßteile von Verdichtern für Gasturbinen-Triebwerke, insbesondere für Flugzeuge Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zur Verhinderung der Eisbildung an Flugzeugoberflächen, insbesondere der Elrilaßtelle von Verdichtern für Flugzeug-Gasturbinen-Triebwerke.
Die Verwendung von Gasturbinen-Triebwerken bei Flugzeugen hat infolge der besonderen Empfindlichkeit dieser Triebwerke gegen Vereisung die Konstrukteure vor schwierige Probleme gestellt. Die Eisbildung an den Einlaßteilen, wie an der Einlaßverkleidung, der mittleren Führungshaube und den das vordere Lager tragenden Streben, bietet der dem Verdichter zuströmenden Luft erhebliche Widerstände. Auch können leicht Zerstörungen durch Eisstücke verursacht werden, die sich von diesen Teilen lösen und durch den Luftstrom zwischen die umlaufenden Teile des Verdichters gelangen. Diese Gefahren kann man entweder durch Einführen bestimmter Flüssigkeiten, wie Alkohol, in die angesaugte Luft vermeiden, die den Gefrierpunkt der von der Luft mitgeführten und mit den Teilen in Berührung kommenden Feuchtigkeit herabsetzen, oder durch Anwendung von Wärme, um die Oberflächentemperatur der Einlaßteile über den Gefrierpunkt des Wassers zu erhöhen.
Die Hauptbedenken gegen das Einspritzen von Flüssigkeiten sind in den Schwierigkeiten begründet, die sich bei dem Zuführungssystem für die Flüssigkeiten und aus der Tatsache ergeben, daß aus Gewichtsgründen nur dann genügend Flüssigkeit mitgenommen werden kann, wenn die Einrichtung nicht dauernd in Betrieb gehalten wird, sondern nur, wenn Eisbildung festgestellt wird, wenn sich also bereits etwas Eis gebildet hat. Wärme kann auf die verschiedensten Arten angewendet werden. Man muß dabei aber darauf achten, daß eine wesentliche Erwärmung der angesaugten Luft vermieden wird, weil dies die Leistung des Verdichters sehr vermindert. Außerdem muß das Beheizungssystem so einfach wie nur möglich ausgebildet werden.
Es ist bereits bei Flugzeugen mit Brennkraftmaschinenantrieb vorgeschlagen worden, die heißen Abgase zur Verhinderung der Eisbildung an Flugzeugteilen zu verwenden, doch ist diese Art der Beheizung nicht für die Einlaßteile von Gasturbinen-Triebwerken geeignet.
Zweck der Erfindung ist daher, eine Beheizung der Einlaßteile von Verdichtern für Flugzeug-Gasturbinen-Triebwerke zu schaffen, die sich einfach anwenden läßt und einen Teil der Wärme verwendet, deren Verlust an die Außenluft sowieso unvermeidlich ist und daher elektrischer oder auf andere Art erzeugter Wärme, die für die Enteisung besonders erzeugt werden müßte, vorzuziehen ist. Die Erfindung vermeidet außerdem eine wesentliche Erhitzung der in den Verdichter eintretenden Luft und sieht nur dort betriebssichere Heizeinrichtungen vor, wo sie am dringlichsten benötigt werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die den Einlaß umgebenden Teile doppelwandig ausgebildet sind und daß die Außenwände Öffnungen aufweisen, durch die in die Zwischenräume ztvisclien den Wänden eingeleitete heiße Gase derart in den Einlaß für die von dem Verdichter angesaugte Luft austreten, daß sie eine dünne Schicht zwischen den Außenwänden der Einlaßteile und der allgesaugten Luft bilden. Die Auslaßöffnungen für die heißen Gase können mit Leitblechen versehen sein, die einen ungestörten Austritt der Gase gewährleisten.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Vorderansicht des Einlasses eines Flugzeug-Gasturbinen-Triebwerkes, F ig. 2 einen Längsschnitt bzw, im unteren Teil eine Seitenansicht desvorderenTeils desTriebwerkes. F ig. 3 einen Querschnitt durch eine Strebe nach der Linie 111-III in Fig. 2 und Uig. d einen Längsschnitt bzw. im unteren Teil eine Seitenansicht der mittleren Führungshaube in größerem Maßstab.

[)er \'erdicliter, dessen erste Stufe 5 dargestellt ist, ist innerhalb des Statorgehäuses 6 angeordnet. Unmittelbar vor dem Schaufelkranz 5 befindet sich ein Leitschaufelkranz 7. An die Rotorwelle 8, die vorn in dem Lager 9 gelagert ist, ist mittels eines Getriebes io eine Antriebswelle i i für Hilfsgeräte allgeschlossen, die von einem besonderen Gehäuse 12 umgeben ist. Dieses Gehäuse besteht aus einem äußeren Teil 12a und einem inneren Teil 12b, die durch Streben 13 miteinander verbunden sind. Das Ganze ist an den 1# lansch 6° des Statorgehüuses 6 angeflanscht. Die Streben sind sternförmig angeordnet. An Stelle der dargestellten vier Streben können auch drei oder bis zu acht oder sogar mehr Streben vorgesehen sein. Jede Strebe hat an ihrer

Vorderkante einen besonderen hohlen Teil 1.4, der

zur Durchleitung von heißen Gasen geeignet ist.

Vor -lein Gehiltise 1 2 ist der Starter 15 angeord-

net, über den eine abnehmbare mittlere oder innere

Verkleidung oder Führtnigshatibe i6 gestülpt ist.

Die Führungshaube besteht aus einer äußeren

Führungswand 16b und einem inneren Leitblech 16a,

die durch Rippen 16, ini Abstand voneinander

gehalten werden. Der zwischen beiden liegende

Raum 17 steht mit den hohlen Teilen id der Streben

13 in Verbindung, s,-) daß heiße Gase durch diese in

den Zwischenraum 17 gelangen können. Die mitt-

lere Fiilirtingshaube i< wird durch eitle Kappe 18 in

ihrer Lage gehalten, die die äu13ere Wand 16b der

Haube übergreift und finit einem vorn an dem

Starter 15 angeordneten Lagerbock ig verschraubt

ist. Die äußere Kante der Kappe 18 hat einen

geringen Abstand von der äußeren Wand 16b, so daß

zwischen beiden eine ringförmige Atislaßöffnung 20

entsteht. Die Kappe i8 weist eine Schulter i8° auf,

mit der sie sich -e-en einen hach iiiiicn gerichteten

Flansch anlegt, der finit denn iiincren hührungsblech

16a der Führungshaube verbunden ist, und dichtet

damit den Zwischenraum 17 gegen den Innenraum

der Führungshaube ab. 13eini Anziehen der Kappe

gegen den Flansch 21 werden das innere Führungs-

blech 16a gegen einen 1)iclitutigsrilig 22 und die

äußere Wand 16b gegeit eiheil konischen Sitz 23 an-

gedrückt, die an der Vorderseite des Gehäuses 12

vorgesehen sind. Wenn der Starter freigelegt

werden muß, so kann die Führungshaube leicht ab-

genommen werden, indem nian <nie Kappe 18 ab-

schraubt und dann die Haube von den Dichtungs-

ringen 22 und 23 abzieht.

Wird ein Starter vertvenilet, der einen :\uslaß für

Auspuffgase braucht, so kann die doppelte Wand

hierfür verwendet werden. Für solche Starter ist

daher eine Leitung 24 vorgesehen, die in den

Zwischenraum 17 einmündet.

Konzentrisch im Abstand um die Führungshaube

16 herum ist eine äußere Einlaßverkleidung 25 vor-

gesehen, die zusammen mit zier Führungshaube eine

ringförmige Einlaßöffnung hildet, durch die die

Luft in den Verdichter eintritt. .\ticli die Einlaß-

verkleidung besteht aus einer ütil..iei-en Führungs-

wand 25b und einem inneren I_citl>lecli tja, die durch

Rippen 25e im Abstand voneinander gehalten wer-

den, so daß zwischen ihnen ein Raum 26 verbleibt.

Eine Kammer 27. die durch die Einlaßver-

kleidung 25 und eine Querwand 28 begrenzt wird,

steht mit den hohlen Teilen 14 der Streben 13 in

Verbindung. Eine in der Querwand 28 vorgesehene

Leitung 29 ist an eine Wärmeduelle, z. B. einen

W<irinetattsc her oder eiric°ii anderenTe i 1 der \ I aschine

angeschlossen. vnii w() lieili;# 1_tift mler andere Gase

zugeleitet werden. kuild uni die ititnere Seite der

äußeren Wand 2;b der I:inlat,iverl;leidung ist ein

ringförmiger Schlitz 30 so angecir<Inet, dal# seilte

Offilting in 1Zichtling auf dein \-erdichtet# zeigt.

Beim Betrieb des Enteisuligssy stems wird bei-

spielsweise heiße Luft durch die Leitung 29 in die

Kammer 27 geleitet. Die verschiedenen möglichen

Einrichtungen zur Zuführung der Luft sind für das

\\'eseii der Erfindung nicht von Bedeutung und daher nicht dargestellt. Ein Teil der in die Kammer 27 gelangenden Luft strömt durch den Zwischenraum 26 der Einlaßverkleidung 25 und tritt durch den ringförmigen Schlitz 3o aus. Der Schlitz 30 ist so angeordnet, daß die durch ihn austretende Luft vorher durch den Zwischenraum 26 strömen muß und dadurch die äußere Führungswand der Einlaßverkleidung von innen beheizt. Ein Teil der äußeren Führungswand 25b ist in der Nähe des Auslaßschlitzes 30 etwas nach außen abgebogen und bildet so ein Führungsblech 31 für die ausströmende Luft. Beim Austritt aus dem Schlitz 30 wird die Luft also in Richtung zum Verdichter gelenkt und bleibt in dichter Berührung mit der äußeren Oberfläche der Einlaßverkleidung 25, wenn sie zusammen mit der vom Verdichter angesaugten Luft durch die von der Einlaßverkleidung und der mittleren Führungshaube gebildete Einlaßöffnung strömt.

Ein anderer Teil der heißen Luft strömt aus der Kammer 27 durch die hohlen Teile 14 der Streben 13 in den Zwischenraum 17 der Führungshaube 16. Diese Luft tritt darin durch den Schlitz 20 in Richtung auf den Verdichter aus, wobei die Kante der Kappe 18 als Leitblech für die austretende Luft dient. Die Luft strömt dann in einer dünnen Schicht dicht an der Oberfläche der Führungshaube entlang, wenn sie von dem Hauptluftstrom in den Verdichter mitgenommen wird.
Bei dem Umlauf der heißen Luft unter der äußeren Wand der Einlaßverkleidung, der Streben und der Führungshaube ist der `'Wärmeübergang nicht nur von der Temperatur der Luft, sondern auch von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Durch entsprechende Bemessung der Strömungsquerschnitte können an den verschiedenen Stellen bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten und damit der jeweils erforderliche Wärmeübergang erzielt werden. Besonders an der Spitze der Führungshaube 16 und der vordersten Fläche der Einlaßverkleidung 25 ist die Vereisungsgefahr groß, so daß hier der größte Wärmeübergang erforderlich ist. Darüber hinaus verhindert die durch die Schlitze austretende Luft eine Vereisung durch Bildung einer Warmluftschicht. In diesem Zusaminenhang wird auf die auf einem ähnlichen Prinzip beruhende Kühlung der Flammrohre von Gasturbinenbrennkammern hingewiesen, bei der durch eine außen an den Rohren entlang strömende Schicht kalter Luft eine sehr wirksame Kühlung erreicht wird, obwohl hier eine wesentlich turbulentere Strömung herrscht als in dem Einlaß von Verdichten].
Das Volumen der durch die Schlitze 29 und 30 austretenden Luft ist im Verhältnis zu der von dem Verdichter angesaugten Luftmenge sehr gering und erhöht daher die Temperatur der Luft nur ganz wenig. Auch hat es keine ernsteren Folgen, wenn an den Dichtungsstellen 22 und 23 etwas Heißluft austreten sollte.

Claims

PATLNTAxsrsCc11L: i. Einrichtung zur Beheizung der Einlaßteile von Verdichtern für Gasturbinen-Triebwerke, insbesondere für Flugzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einlaß umgebenden Teile (16, 25) doppelwandig ausgebildet sind und daß die Außenwände (16b, 256) Öffnungen (20, 30) aufweisen, durch die in die Zwischenräume (17, 26) zwischen den Wänden (16a und 16b bzw. 2511 und 25b) eingeleitete heiße Gase derart in, den Einlaß für die von dem Verdichter angesaugte Luft austreten, daß sie eine dünne Schicht zwischen den Außenwänden der Einlaßteile und der angesaugten Luft bilden.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume (17, 26) durch in die hohlen Einlaßteile (16, 25) eingebaute Leitbleche (16a, 25a) gebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den ,1#,uslaßöffnungen (20, 3o) die Öffnungen etwas überdeckende Leitbleche (18, 31) vorgesehen sind, die den austretenden Gasstrom so leiten, daß er sich nicht von den Außenwänden (16b, 25b) ablöst.
Einrichtung nach Anspruch i mit einer ringförmigen Einlaßverkleidung und einer mittleren Führungshaube, dadurch gekennzeichiiet, daß der Zwischenraum (26) der Einlaßverkleidung an dem dem Verdichter zugewendeten Ende über eine Leitung (29) mit einer Wärmequelle und über Hohlräume (14) der radial angeordneten Streben (13) mit dem Zwischenraum (17) der mittleren Führungshaube (16) verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (20, 30) an dem dem Verdichter abgewendeten Ende der Einlaßstelle (16, 25) angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Führungshaube (16) abnehmbar angeordnet ist und durch eine Kappe (18) gehalten wird, die an dem dem Verdichter abgewendeten Ende der Haube aufgesetzt wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kappe (18) mit einer Schulter (18a) gegen einen an dem Leitblech (16a) angeordneten Flansch (21) anlegt. B. Einrichtung nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Kappe (18) als die Öffnung (20) überdeckendes Leitblech dient. g. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der innerhalb der mittleren Führungshaube ein Starter angeordnet ist, der einen Auslaß für Auspuffgase benötigt, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Starter (15) ausgehenden Auspuffleitungen (24) in den Zwischenraum (17) der Führungshaube (16) einmünden.