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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Fan sowie mit einem von einem Nebenstromkanal umgebenden Kerntriebwerk, wobei an einem Ausströmbereich des Fluggasturbinentriebwerks ein Blütenmischer angeordnet ist, um die Strömung durch den Nebenstromkanal mit einer Turbinenaustrittsströmung zu mischen.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, den Blütenmischer direkt an einem Turbinengehäuse zu lagern und zu befestigen. Dies erfolgt entweder durch direktes Verbinden oder mittels Lagerelementen, die der durch den Nebenstromkanal geleiteten Luftströmung ausgesetzt sind.
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Der direkte Kontakt zwischen dem Turbinengehäuse und dem Blütenmischer führt zu Problemen hinsichtlich der thermischen Expansion, da beide Bauteile sowohl konstruktionsbedingt als auch hinsichtlich der durchgeleiteten Luftströmung sehr unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Hierdurch ergeben sich Materialbelastungen, die zu Rissen führen können.
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Als Abhilfe ist es aus dem Stand der Technik bekannt, aufwendige Befestigungsmaßnahmen vorzusehen, welche wiederum zu einer nicht unerheblichen Gewichtserhöhung führen. Dieser Effekt wird insbesondere dadurch verstärkt, dass der Blütenmischer aus einem sehr hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Material gefertigt werden muss, welches sich deutlich von dem Material des Turbinengehäuses unterscheidet.
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Ein weitere Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen besteht darin, dass die Befestigungselemente oder Lagerelemente direkt von der Luftströmung durch den Nebenstromkanal durchströmt werden, so dass diese Luftströmung durch die Befestigungselemente oder Lagerelemente gestört wird. Hierdurch ergibt sich ein negativer Effekt auf die Wirksamkeit der Strömung sowie die Kühlung durch die kühlere Nebenstromkanalluft.
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Zum Stand der Technik der Lagerungselemente bzw. Befestigungselemente ist auf die
US 2009/0103975 A zu verweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluggasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine strömungsgünstige und hinsichtlich der Kühlung wirksame Lagerung des Blütenmischers schafft.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass am Ausströmbereich des Nebenstromkanals radial außerhalb an dem Turbinengehäuse ein zumindest den Ausströmbereich des Turbinengehäuses umfassendes Verkleidungselement vorgesehen ist, welches elastisch an dem Turbinengehäuse gelagert ist, wobei zwischen dem Turbinengehäuse und dem Verkleidungselement Luftdurchlassöffnungen ausgebildet sind.
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Durch die elastische Lagerung des Verkleidungselements und des Blütenmischers ergibt sich zum einen die Möglichkeit, thermische Ausdehnungen zu kompensieren, so dass keine thermischen Belastungen auf den Blütenmischer bzw. das Turbinengehäuse aufgebracht werden.
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Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die zur Lagerung des Blütenmischers benötigten Bauelemente innerhalb des Verkleidungselementes angeordnet werden können, so dass sie keinen direkten Kontakt mit der Luftströmung durch den Nebenstromkanal aufweisen. Diese Nebenstromkanalströmung wird somit nicht durch die Lagerungselemente gestört.
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Durch die Luftdurchlassöffnungen wird erfindungsgemäß die Möglichkeit geschaffen, zum einen Befestigungsmittel (Bolzen, Schrauben oder Ähnliches) zugänglich zu machen. Zum anderen dienen die Luftdurchlassöffnungen dazu, Kühlluft zu dem Turbinengehäuse, insbesondere dem Niederdruckturbinengehäuse, dem Blütenmischer und einer hinteren Lagerkammer zuzuführen.
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Der Blütenmischer ist erfindungsgemäß mittels eines speziell ausgebildeten Flansches mit dem Turbinengehäuse bzw. dessen hinterem Flansch verbunden. Hierbei werden erfindungsgemäß elastische Lagerelemente verwendet, welche unterschiedliche Wärmeausdehnungen oder Wärmekontraktionen des Turbinengehäuses und des Blütenmischers kompensieren und hierdurch verhindern, dass Materialbelastungen auftreten, die zu Rissen führen können.
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Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Blütenmischer und das Turbinengehäuse thermisch getrennt sind. Sowohl die in Strömungsrichtung vordere Ausgestaltung des Blütenmischers als auch der hintere Flanschbereich des Turbinengehäuses bilden einen konischen Kanal. Durch ein Ejektorprinzip wird kühlere Luft von Luftzwischenräumen, welche zwischen den Turbinengehäuseanschlüssen und dem Turbinengehäuse ausgebildet sind, in den heißen Abgasstrahl gesaugt. Hierdurch bildet sich ein Kühlluftfilm an der Innenwandung des Blütenmischers und ermöglicht die Verwendung von leichteren oder billigeren Materialien zur Herstellung des Blütenmischers.
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Erfindungsgemäß ergibt sich insbesondere eine Reduzierung des Strömungswiderstandes in den Nebenstromkanal sowie eine bessere Oberflächenkühlung, ohne dass sich hierdurch eine Verringerung der übertragbaren Kräfte ergeben würde. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Blütenmischers und des Turbinengehäuses kompensiert werden können, ohne dass hierdurch zusätzliche, aufwendige Maßnahmen erforderlich wären. Die erfindungsgemäße Lösung gestattet einen guten Zugang zu den einzelnen Bauelementen und dem Lufteinlass, so dass sich eine einfachere Herstellung ergibt. Dies alles führt zu einer Gewichtsreduzierung und zu niedrigeren Fertigungskosten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 eine vereinfachte Axial-Teilschnittansicht des Übergangsbereichs zwischen Turbinengehäuse und Blütenmischer,
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3 eine perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels,
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4 eine Ansicht, analog 2, eines weiteren Ausführungsbeispiels,
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5 und 6 perspektivische Darstellungen der Lagerungselemente gemäß 4,
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7 eine Ansicht, analog den 2 und 4, eines weiteren Ausführungsbeispiels, und
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8 eine perspektivische Ansicht des in 7 gezeigten Lagerelements.
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Bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
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Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.
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Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
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Die 1 zeigt weiterhin einen Nebenstromkanal 29 sowie ein Turbinengehäuse 30 der Niederdruckturbine 18. Stromab des Turbinengehäuses 30 ist ein in 1 nur schematisch dargestellter Blütenmischer 33 angeordnet, welcher zu einer Durchmischung der Strömung durch den Nebenstromkanal 29 sowie der Strömung durch einen Ausströmbereich 31 aus der Niederdruckturbine 18 führt. Der Blütenmischer 33 schließt sich an ein Verkleidungselement 32 an, welches zumindest einen abströmseitigen Teil des Turbinengehäuses 30 umschließt.
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Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der abströmseitige Bereich des Turbinengehäuses 30 ist von dem Verkleidungselement 32 umschlossen, welches an einem Flansch 37 des Turbinengehäuses 30 befestigt ist. Stromab des Flansches 37 ist an dem Turbinengehäuse ein ringartiger Flansch 38 ausgebildet, an welchem ein ringförmiges elastisches Lagerelement 34 befestigt ist. Das elastische Lagerelement 34 umfasst einen Ring 39 sowie eine Vielzahl von an diesem einstückig ausgebildeten Laschen 40, welche gebogen ausgestaltet sind und zu einer elastischen Lagerung beitragen. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der Durchmesser des Rings 39 größer, als der Außendurchmesser des Blütenmischers 33, so dass sich ein ringförmiger Zwischenraum 41 ergibt, durch welchen eine Teil-Luftströmung an die Innenwandung des Blütenmischers 33 geführt werden kann.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, bilden die einzelnen Laschen 40 zwischen benachbarten Laschen Luftdurchlassöffnungen 36, durch welche die Luftströmung zu dem Zwischenraum 41 zugeführt wird.
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Die 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem an dem Flansch 38 eine Vielzahl von gleichmäßig um den Umfang verteilten Lagerelementen 34 befestigt sind. Zwischen den Lagerelementen 34 ergibt sich jeweils ein Umfangszwischenraum 35, der eine Durchströmung ermöglicht.
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Der Blütenmischer 33 bzw. das Verkleidungselement 32 weisen jeweils gegen die Strömungsrichtung verlängerte Lagerlaschen 42 auf, welche eine Durchführung von Luft durch den Zwischenraum 41 ermöglichen. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 6 sind die elastischen Lagerelemente 34 jeweils gebogen ausgebildet, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Turbinengehäuse 30 und dem Blütenmischer 33 bzw. dem Verkleidungselement 32 möglich ist.
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Die 7 und 8 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchen an dem hinteren Flansch 38 elastische Lagerelemente 34 angeordnet sind, welche sowohl eine axiale als auch eine radiale Bewegung ermöglichen. Auch hierbei gestatten die Zwischenräume eine Luftzuführung zur Innenseite des Blütenmischers 33 durch den ringförmigen Zwischenraum 41.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwerksachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk/Kerntriebwerk
- 11
- Lufteinlass
- 12
- im Gehäuse umlaufender Fan
- 13
- Zwischendruckkompressor
- 14
- Hochdruckkompressor
- 15
- Brennkammern
- 16
- Hochdruckturbine
- 17
- Zwischendruckturbine
- 18
- Niederdruckturbine
- 19
- Abgasdüse
- 20
- Leitschaufeln
- 21
- Triebwerksgehäuse
- 22
- Kompressorlaufschaufeln
- 23
- Leitschaufeln
- 24
- Turbinenschaufeln
- 26
- Kompressortrommel oder -scheibe
- 27
- Turbinenrotornabe
- 28
- Auslasskonus
- 29
- Nebenstromkanal
- 30
- Turbinengehäuse
- 31
- Ausströmbereich
- 32
- Verkleidungselement
- 33
- Blütenmischer
- 34
- Elastisches Lagerelement
- 35
- Umfangszwischenraum
- 36
- Luftdurchtrittsöffnung
- 37
- Flansch
- 38
- Flansch
- 39
- Ring
- 40
- Lasche
- 41
- Zwischenraum
- 42
- Lagerlasche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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