DE2658796A1

DE2658796A1 - Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere eines flugzeugs

Info

Publication number: DE2658796A1
Application number: DE19762658796
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Techn Hagen
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1976-12-24
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1978-06-29

Description

Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere
eines Flugzeugs Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere eines Flugzeugs, mit Wellenleistungsabgabe und Druckluftabgabe.
Dieses Gasturbinenhilfstriebwerk dient im allgemeinen dem Antrieb und der Versorgung von Hilfsaggregaten. Z. B. wird von diesem Triebwerk, wenn es in einem Flugzeug vorgesehen ist, auf einem Flugplatz insbesondere Wellenleistung und Druckluft (Nutzdruckluft), jedoch im Flug im allgemeinen nur oder in erster Linie Wellenleistung benötigt. Die Wellenleistung dient 2. B. dem Antrieb von Olpumpen und elektrischen Stromerzeugern, aber auch von anderen Arbeitsmaschinen. Die Druckluft wird z. B.
f<1r eine Anlasserlage und eventuell ftlr Xabinenbeheizung benötigt. Die Bodenseiten (auf dem Flugplatz) sind relativ groß, so daß die Betriebsseiten der Hilfsaggregate im Vergleich ZU denen der Haupttriebwerke recht groß sein können.
Es ist durch die DT-AS 17 51 851 eine Gasturbinenanlage (Einwellentriebwerk) zur Erzeugung von mechanischer Energie und Nutzdruckluft mit einer mit der Gasturbinenwelle verbundenen, durch überschüssige Druckluft antreibbaren Luftturbine (Kaltluftturbine) bekannt. Dort ist zwischen einem Niederdruckteil und einein Hochdruckteil eines Verdichters der Gasturbinenanlage, welcher Verdichter auf der Gasturbinenwelle sitzt, eine Nutzdruckluftleitung angeschlossen, die ein Druckluftdurchsatzeinstellventil aufweist und von der eine zur Luftturbine führende, durch ein weiteres Ventil absperrbare Leitung abzweigt. Die Luftturbine ist mit der Gasturbinenwelle über ein Getriebe aus drei Stirnzahnrädern verbunden, wobei die Gasturbinenwelle abtriebsseitig, die Luftturbinenwelle antriebsseitig und die Welle einer Arbeitsmaschine antriebsseitig jeweils mit einem der drei Stirnzahnrader verbunden sind. Die entnommene Leistung wird also der Anlage wieder zugeführt und ergibt eine geringere Turbineneintrittstemperatur; damit verbunden ist ein geringerer Brennstoffverbrauch.
Nachteilig ist dabei, daß ein zusätzliches Ventil benötigt wird, mit dem man die Drosselregelung der Kaltluftturbine vornimmt.
Da ferner noch ein weiteres Abblaseventil für die Pumpverhütung eingebaut werden muß und alle dies Ventile in die Regelung einbezogen werden müssen, ist elntnicht unbeträchtlicher Aufwand mit der Brennstoffeinsparung verbunden. Auch baulich ist die Unterbringung der Kaltluftturbine nicht einfach. Auch vergrößert die Kaltluftturbine das Bauvolumen des Aggregats.
Aufgabe gemäß der Erfindung ist es, eine Brennstoffeinsparung zu erreichen, ohne daß solch Aufwand getrieben werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gasturbinenhilfstriebwerk ein Zweiwellentriebwerk mit einem Niederdruckverdichter und einer Niederdruckturbine auf einer gemeinsamen ersten Welle, mit einem Hochdruckverdichter und einer Hochdruckturbine auf einer gemeinsamen zweiten, getrennt gelagerten Welle und mit einer strömungsmäßig zwischen diesen beiden Hochdruckströmungsmasohinen vorgesehenen Brennkammer ist und mit einer regelbaren Luftentnahme zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Hochdruckverdichter ausgestattet ist.
Der Niederdruckverdichter ist in der Beschaufelung identisch mit dem Verdichter der genannten bekannten Gasturbinenanlage bis zur Entnahmestelle, Angetrieben wird der Niederdruckverdichter von der Niederdruckturbine. Auf der zweiten Welle schließt an den Niederdruckverdichter der ffochdruckverdichter an, der von der Hochdruckturbine angetrieben wird. Die nach dem Abblasen zur Verfügung stehende Luft wird im Hochdruckverdichter verarbeitet und über eine Brennkammer zur Hochdruckturbine geführt. Die Auslegung erfolgt für den Fall, bei dem Luft hinter dem Niederdruckverdichter entnommen wird. Die verbleibende Luft des Systems wird im Hochdrucksystem weiter benutzt, um den thermischen Wirkungsgrad durch die Anwendung eines höheren Druckverhältnisses zu verbessern. Wird keine Druckluft entnommen, dann nimmt die Drehzahl des Hochdrucksystems zu, wodurch ein größerer Durchsatz aufgenommen werden kann.
Da der Energiehaushalt der Hoohdruckseite sich automatisch einstellt, kann ohne Betätigung von Ventilen die Anpassung an die Druckluftentnahme vorgenommen werden. Der Regler des Triebwerks stellt so wie beim Einwellentriebwerk durch die Brennstoffzufuhr zur Brennkammer die Drehzahl des Niederdruckläufers ein.
Als Vorteile sind noch das Wegfallen zusätzlicher Ventile und ein kleiner Einbaudurchmesser hervorzuheben. Durch die Zweiwellenbauart erspart man auch das sonst notwendige Abblaseventil zur Pumpverhütung. Die Einsparung an Brennstoffverbrauch ist im allgemeinen mindestens so groß wie bei der genannten bekannten Anlage, da die Strdmungstsschinen des Hochdrucklaufers günstiger ausgebildet sein können als die Kaltluftturbine, bei der Rohrleitungs- und Drosselverluste an den Ventilen bertoksiahtlgt werden müssen.
Es ist von Vorteil, daß der Regler des Triebwerks durch Bemessung der in die Brennkammer eingespritzten Brennstoffmenge die Drehzahl des Niederdruckläufers konstant hält.
Die Verbraucher mechanischer Leistung verlangen im allgemeinen eine konstante Drehzahl des Aggregats. Insbesondere wird vom Niederdruckläufer Leistung entommen. Im allgemeinen sind der Niederdruckläufer und der Hochdruckläufer koaxial mit umeinanderliegenden genannten Wellen angeordnet, wobei die vier genannten Strömungsmaschinen axial in der Reihenfolge Niederdruckverdichter - Hochdruckverdichter - Hochdruckturbine -Niederdruckturbine aufeinanderfolgend angeordnet sind und in dieser Reihenfolge durchströmt werden. Es kann von Nutzen sein, wenn strömungsm&ßig hinter dem Hochdruckverdichter eine weitere Luftentnahme erfolgt. Diese Hochdruckentnahmeluft kann vorteilhafterweise mit Hilfe eines Ejektors zur Druck- und Temperaturerhbhung der Niederdruckluft herangezogen werden. Insbesondere ist dann ein Regelventil für die Hochdruckentnahmeluft vorgesehen.
In der Zeichnung. ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasturbinenhilfstriebwerks schematisch dargestellt.
Auf einer Welle 10 sitzen ein Niederdruckverdichter 11 und mit axialem Abstand von diesem eine ihn antriebende Niederdruckturbine 12. Auf einer zwischen dem Niederdruckverdichter 11 und der Niederdruckturbine 12 vorgesehenen Hohlwelle 13 sitzen ein Hochdruckverdichter 14 und eine diesen antreibende Hochdruckturbine 15. Die beiden Welleh 10 und 13 liegen koaxial, wobei die Hohlwelle 13 die Welle 10 umgibt.
Die beiden Läufer 10, 11, 12 und 13, 14, 15 sind koaxial angeordnet. Die vier Strömungimaschinen 11, 14, 15 und 12 sind axial in dieser Reihenfolge (11 - 14 - 15 - 12) aufeinanderfolgend angeordnet, und sie werden auch in dieser Reihenfolge durchströmt - siehe die die Strömungsrichtungen angebenden Pfeile 16 bis 20. Strömungsmaßig zwischen dem Hochdruckverdichter 14 und der Hochdruckturbine 15 befindet sich eine Brennkammer 21. Strömungsmlßig zwischen dem Niederdruckverdichter 11 und dem Hochdruckverdichter 14 ist eine regelbare Luftentnahme - siehe den Pfeil 22 - mit einem zugehörigen Ventil 23 vorgesehen. Vom Niederdruckläufer 10, 11, 12 ist Leistung bzw. Nutzleistung entnehmbar, wozu dieser einen elektrischen Generator 24 antreibt. Die Austrittsgase - siehe den Pfeil 25 - der Niederdruckturbine 12 strömen durch einen Schalldämpfer 26.

Claims

Patentansprüche 9 Gasturbinenhilfstriebwerk, insbesondere eines Flugzeugs, mit Wellenleistungsabgabe und Druckluftabgabe, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasturbinenhilfstriebwerk ein Zweiwellentriebwerk mit einem Niederdruckverdichter (11) und einer Niederdruckturbine (12) auf einer gemeinsamen ersten Welle (10), mit einem Hochdruckverdichter (14) und einer Hochdruckturbine (15) auf einer gemeinsamen zweiten, getrennt gelagerten Welle (13) und mit einer strömungsmäßig zwischen diesen beiden Hochdruckströmungsmaschinen (14, 15) vorgesehenen Brennkammer (21) ist und mit einer regelbaren Luftentnahme (22, 23) zwischen dem Niederdruckverdichter (11) und-dem Hochdruckverdichter (14) ausgestattet ist.
2. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Regler durch Bemessung der in die Brennkammer (21) eingespritzten Brennstoffmenge die Drehzahl des Niederdruckläufers (10, 11, 12) konstant hält.
3. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daR der Niederdruckläufer (10, 11, 12) und der Hochdruckläufer (13, 14, 15) koaxial mit umeinanderliegenden genannten Wellen (13, 10) angeordnet sind und dabei die vier genannten Strömungsmaschinen axial in der Reihenfolge Niederdruckverdichter (11) - Hochdruckverdichter (14) - Hochdruckturbine (15) - Niederdruckturbine (12) aufeinanderfolgend angeordnet sind und in dieser Reihenfolge durchströmt werden.
4. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Niederdruckläufer (10,11, i;2) Leistung entnommen wird.
5. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Hochdruckverdichter (14) eine weitere Luftentnahme erfolgt.
6. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckentnahmeluft mit Hilfe eines Ejektors zur Druck- und Temperaturerhöhung derNiederdruckluft herangezogen wird.
7. Gasturbinenhilfstriebwerk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Regelventil für die Hochdruckentnahmeluft vorgesehen ist.