DE2735886C3

DE2735886C3 - Ballast unit for compressors in gas turbine jet engines

Info

Publication number: DE2735886C3
Application number: DE19772735886
Authority: DE
Inventors: Karl 8000 Muenchen Kastens
Original assignee: Kastens Karl 8000 Muenchen
Current assignee: KASTENS, KARL, DIPL.-ING., 2742 GNARRENBURG, DE
Priority date: 1977-08-09
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1981-11-12
Also published as: DE2735886A1; DE2735886B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltaggregat für Verdichter von Gasturbinen-Strahltriebwerken.The invention relates to a ballast unit for compressors in gas turbine jet engines.

Bei Gasturbinen-Strahltriebwerken (DE-PS 22 48 526), bestehend aus Verdichter, Verbrennungssystem und Turbine, ist das leistungsbestimmende Bauteil der Verdichter, dessen Wirkungsgrad die Güte des Triebwerks charakterisiert. Bei gegenüber dem Auslegungspunkt abweichender Fördermenge stimmt die relative Anströmrichtung der Verdichterschaufeln des Verdichters nicht mehr mit dem Schaufelwinkel überein, wodurch sogenannte Stoßverluste entstehen, die zur Verminderung des Verdichterwirkungsgrades führen. Diesen Verlusten wird bei bekannten Verdichtern durch Anordnung von Vorschaltaggregaten, wie Saugdrosselreglern, Diffusorreglern oder Drallreglern entgegengewirkt, wobei häufig verstellbare Eintrittsleitschaufeln Verwendung finden. Derartige bekannte Vorschaltaggregate können jedoch eine vom Auslegungspunkt abweichende Fördermenge nicht kompensieren, so daß eine Wirkungsgradverschlechterung unvermeidbar ist.For gas turbine jet engines (DE-PS 22 48 526), consisting of a compressor, combustion system and turbine, the performance-determining component is the compressor, the efficiency of which is the quality of the Engine characterized. If the delivery rate deviates from the design point, it is correct The relative direction of flow of the compressor blades no longer corresponds to the blade angle, whereby so-called shock losses arise, which lead to a reduction in the compressor efficiency. In known compressors, these losses are compensated for by the arrangement of ballast units, such as suction throttle regulators, Diffuser regulators or swirl regulators counteracted, with often adjustable inlet guide vanes Find use. Such known ballast units can, however, be one from the design point Do not compensate for deviating delivery rates, so that a deterioration in efficiency is inevitable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vorschaltaggregat zu schaffen, das sicherstellt, daß der Verdichter des im Auslegungspunkt arbeitenden Triebwerkes unabhängig von den in verschiedenen Flughöhen herrschenden Dichten stets ein konstantes sekundlich durchgesetztes Luftvolumen bei gleichbleibender Anströmrichtung erhält.The object of the present invention is to provide a ballast that ensures that the Compressor of the engine working at the design point regardless of the different altitudes prevailing densities always a constant secondary air volume with constant Direction of flow received.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Lufteintrittsgehäuse (5) des Triebwerkes mindestens ein regelbares Querstromgebläse (7) angeordnet ist, dessen Abströmkanal (10) am Umfang eines Ansauggehäuses (17) des Verdichters (4) einmündet. This object is achieved according to the invention in that in the air inlet housing (5) of the engine at least one controllable cross-flow fan (7) is arranged, the outflow channel (10) of which on the circumference an intake housing (17) of the compressor (4) opens.

Regelbare Querstromgebläse sind in den verschiedensten Ausführungsformen bereits bekannt (vgl. beispielsweise DE-AS 14 51 451). Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist jedoch ein Vorschaltaggregat geschaffen, das aufgrund einer den jeweiligen Betriebsbedingungen entsprechenden Bemessung des dem Verdichter zugeführten Volumenstromes eine gleichbleibende Anströmrichtung für die Verdichtereintrittsbeschaufelung garantiert und damit leistungsvermindernde Stoßverluste vermeidet Die Anzahl und die Dimensionierung des bzw. dar Querstromgebläse richtet sich dabei nach dem Schluckvermögen des Verdichters. Wird ein Lufteintrittsgehäuse mit mehreren, parallel geschalteten Querstromgebläsen bestückt, die koxial zur Turbinenwelle unter einem von der jeweiligen Konstruktion abhängigen Winkel angeordnet sind, so ist es zweckmäßig, das Lufteintrittsgehäuse mit einer der Anzahl der Querstromgebläse entsprechenden Anzahl von Zuströmkanälen zu unterteilen. Die Abströmkanäle jedes Querstromgebläses münden dabei tangential in das koaxial zur TurbinenweHe liegende axiale Verdichter-Ansaug-Gehäuse ein, an das der Verdichter mit seinem Saugmund angeschlossen ist Die Maßnahme der Anordnung mehrerer Querstromgebläse ermöglicht nicht nur eine kurze Bauweise in axialer Erstreckung, sondern auch günstige Strömungs-Verhältnisse im Verdichter-Ansaug-Gehäuse, weil durch die gleichmäßig am Umfang verteilten Einmündungen der Abströmkanäle der Saugmund des Verdichters mit einem homogenen Volumenstrom beliefert wird.Controllable cross-flow fans are already known in a wide variety of designs (cf. e.g. DE-AS 14 51 451). Due to the measures according to the invention, however, there is a ballast unit created, based on the respective operating conditions corresponding dimensioning of the Compressor supplied volume flow a constant flow direction for the compressor inlet blading guaranteed and thus avoids power-reducing shock losses The number and the Dimensioning of the cross-flow fan depends on the absorption capacity of the Compressor. If an air inlet housing is equipped with several parallel-connected cross-flow fans, which are arranged coaxially to the turbine shaft at an angle that depends on the respective construction it is advisable to equip the air inlet housing with one of the number of cross-flow fans Subdivide the number of inflow channels. The outflow channels of each cross-flow fan open tangentially into the axial compressor intake housing, which is located coaxially to the turbine shaft, to which the compressor with its suction mouth is connected The measure of the arrangement of several cross-flow fans enables not only a short construction in the axial extent, but also favorable flow conditions in the compressor intake housing, because of the confluences evenly distributed around the circumference the discharge ducts the suction port of the compressor is supplied with a homogeneous volume flow.

Durch eine Veränderung der wirksamen Länge der Laufwalzen der Querstromgebläse kann das Fördervolumen ohne Druckänderung in linearem Verhältnis vergrößert oder verkleinert werden. Diese Möglichkeit wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch ausgenützt, daß innerhalb der Laufwalze jedes Querstromgebläses ein die Fördermenge dosierender, stufenlos verstellbarer zum Stator des Triebwerkes gehörender Verdrängerkolben angeordnet ist.By changing the effective length of the rollers of the cross-flow fan, the delivery volume can be increased or decreased in a linear relationship without changing the pressure. This possibility is exploited according to an advantageous development that within the roller each cross-flow fan one metering the delivery rate, infinitely adjustable to the stator of the engine belonging displacement piston is arranged.

Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.For further explanation and better understanding, an exemplary embodiment of FIG Invention described in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt in einer Gesamtansicht zwei erfindungsgemäße Vorschaltaggregate, welche an einem Gasturbinen-Strahltriebwerk gemäß DE-PS 22 48 526 angeordnet sind;Fig. 1 shows an overall view of two according to the invention Ballast units, which are arranged on a gas turbine jet engine according to DE-PS 22 48 526 are;

Fig.2 zeigt einen Ausschnitt Pder Fig. 1, teilweise aufgebrochen; undFIG. 2 shows a section P of FIG. 1, partially broken away; and

Fig.3 zeigt einen Schnitt in der Ebene T-T der Fig. 1, zur Verdeutlichung der Lage der Querstromgeblase sowie der Zu- und Abströmkanäle.3 shows a section in the plane TT of FIG. 1, to illustrate the position of the cross-flow blower and the inflow and outflow channels.

Das in F i g. 1 dargestellte Gasturbinen-Strahltriebwerk gemäß DE-PS 22 48 526 besteht aus einer doppelflutigen Radialturbine 1, die ein integriertes Teil mit einer TurbinenweHe 2 bildet, wobei letztereThe in Fig. 1 shown gas turbine jet engine according to DE-PS 22 48 526 consists of a double-flow radial turbine 1, which forms an integrated part with a turbine shaft 2, the latter

so beidseitig Lagerungen mit Anschlußflanschen 3 für die zellenseitige Befestigung trägt und auf der außerdem zwei Laufräder eines Radialverdichters 4 drehfest angeordnet sind. Das Triebwe/k besitzt ferner zwei Lufteintrittsgehäuse 5 und ein Verdichter-Turbinen-Gehäuse mit angeschlossenem Schubrohr 6. In das Lufteintrittsgehäuse 5 sind drei Querstromgebläse 7 eingebaut, deren Laufwalzen 8 von der TurbinenweHe (oder alternativ fremd) angetrieben werden und mit Zuströmkanälen 9 und Abströmkanälen 10 ausgerüstet sind, wobei die Abströmkanäle 10 in ein Verdichter-Ansaug-Gehäuse 17 einmünden. Jedes Querstromgebläse besitzt im Innenraum der Laufwalze 8 einen Verdrängerkolben 11, der mit einer Kolbenscheibe 12 fest verbunden ist, die ihrerseits axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung mit Hilfe von Dornen 14 drehfest in einem Zylindergehäuse 13 gelagert ist. Das Zylindergehäuse 13 wiederum ist mit dem Verdichter-Turbinen-Gehäuse fest verbunden.so on both sides bearings with connecting flanges 3 for the cell-side attachment and also on the two impellers of a radial compressor 4 are arranged in a rotationally fixed manner. The instinct also has two Air inlet housing 5 and a compressor turbine housing with a connected thrust tube 6. In the air inlet housing 5 there are three cross-flow fans 7 installed, the rollers 8 of which are driven by the turbine shaft (or, alternatively, externally) and with Inflow channels 9 and outflow channels 10 are equipped, the outflow channels 10 in a compressor intake housing 17 merge. Each cross-flow fan has a displacement piston in the interior of the roller 8 11, which is firmly connected to a piston disk 12, which in turn is axially displaceable, but in Is mounted in a rotationally fixed manner in a cylinder housing 13 in the circumferential direction with the aid of mandrels 14. The cylinder housing 13 is in turn firmly connected to the compressor turbine housing.

den durch die Querstromgebläse bedingten ι Leistungsbedarf zu decken, ist das Gasturbiahltriebwerk um eine zweite Verdichterstufe 15 jindung mit einer Axialturbine 16 erweitertThe gas turbine engine is used to cover the power requirement caused by the cross-flow fan A second compressor stage 15 with an axial turbine 16 was added

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ballast for compressors of gas turbine jet engines, characterized in that in the air inlet housing (5) of the Engine at least one controllable cross-flow fan (7) is arranged, the discharge duct (10) opens on the periphery of an intake housing (17) of the compressor (4)

2. Ballast according to claim 1, characterized in that the air inlet housing (5) in a number of inflow channels (9) corresponding to the number of cross-flow fans (7) is subdivided

3. Ballast according to claim 1, characterized in that within the roller (8) each cross-flow fan (7) a metering, infinitely adjustable, the flow rate, to the stator of the Engine belonging displacement piston (11) is arranged

4. Ballast according to claim 1, characterized in that the roller (8) each Cross-flow fan (7) is driven either by the turbine shaft or by an external drive.