DE1242942C2 - Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents
GasturbinenstrahltriebwerkInfo
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- DE1242942C2 DE1242942C2 DE1963R0036497 DER0036497A DE1242942C2 DE 1242942 C2 DE1242942 C2 DE 1242942C2 DE 1963R0036497 DE1963R0036497 DE 1963R0036497 DE R0036497 A DER0036497 A DE R0036497A DE 1242942 C2 DE1242942 C2 DE 1242942C2
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- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
PATENTSCHRIFT
Int. Cl.:
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Ausgabetag:
F02k
Deutsche KL: 46 g -2/03
1 242 942
R 364971 a/46 g
5. November 1963
22. Juni 1967.
14. Dezember 1967
R 364971 a/46 g
5. November 1963
22. Juni 1967.
14. Dezember 1967
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein
Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenstrahlwerk, umfassend, in Strömungsrichtung, hintereinander angeordnet, einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter,
einen Verbrennungsabschnitt, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine, wobei
Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine durch eine erste Verbindungswelle und Niederdruckverdichter
und Niederdruckturbine durch eine zweite zur ersten konzentrisch angeordnete Welle miteinander
verbunden sind.
Bei Verdichterbaugruppen ist es bekannt, die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine mittels in
Achsrichtung des Aggregats nebeneinanderliegender Lager zu lagern, welche an einem gemeinsamen zwischen
Hochdruckturbine und Niederdruckturbine untergebrachten Zwischenboden des Aggregats befestigt sind. Diese Lagerung ist verhältnismäßig geringen
Temperaturen der Verdichterbaugruppe ausgesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe,
ein Gasturbinenstrahlwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auftretende Wärmespannungen
nicht auf die Lager der Hochdruck- und Niederdruckturbine übertragen werden können.
" Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei as
einem Gasturbinenstrahlwerk der vorgenannten Art vor, daß die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine
in von der Verdichterbaugruppe her bekannter Weise gelagert sind, mittels in Achsrichtung des
Triebwerks nebeneinanderliegender Lager, welche an einem gemeinsamen, zwischen Hochdruckturbine und
Niederdruckturbine untergebrachten .Zwischenboden des Triebwerks befestigt sind, und zwar vermittels in
radialer Richtung elastisch nachgebender Verbindungsglieder.
Durch die Verwendung der elastischen Verbindungsglieder wird die Übertragung der Wärmespannungen
auf die Lager unterbunden, insofern, als diese durch die elastischen Verbindungsglieder quasi isoliert
sind. Dieser spannungsmäßigen Isolierung kommt insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache,
daß der Zwischenboden sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, große Bedeutung zu.
Zweckmäßigerweise sind die elastischen Verbindungsglieder der nebeneinanderliegenden Lager von
zusammenhängenden Ringfassungen gebildet, welche, in einer die Achse des Triebwerks enthaltenden
Schnittebene beträchtet, eine haarnadelförmige Grundgestalt haben, mit in Achsrichtung sich erstrekkenden
Schenkeln und unterschiedlicher Länge und längs dem Haamadelkopf an dem Zwischenboden befestigt
sind. ; zeigt
Gasturbinenstrahltriebwerk
Patentiert für:
Rolls-Royce Limited,
Derby, Derbyshire (Großbritannien)
Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dr.-Ing. A. Weickmann,
Dipl.-Ing. H. Weickmann
und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,
München 27, Möhlstr. 22
Als Erfinder benannt:
James Alexander Petrie,
Littleover, Derby, Derbyshire
(Großbritannien)
James Alexander Petrie,
Littleover, Derby, Derbyshire
(Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 9. November 1962 (42 513)
Vorzugsweise ist ein das Strahltriebwerk umfassendes, den gemeinsamen Zwischenboden tragendes äußejres
Gehäuse im Bereich der Befestigung dieses Zwischenbodens in radialer Richtung nachgiebig ausgebildet.
Der gemeinsame Zwischenboden kann in Form eines hohlen in radialer Richtung elastischen Torus
ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Vorschlag nach der Erfindung ist der hohle Torus auf den Radialbereich innerhalb
der Schaufelwurzel von Hoch- und Niederdruckturbine beschränkt und durch eine Vielzahl von Speichen
getragen, welche, in Winkelabständen um die Triebwerkachse herum verteilt, mit ihren radial inneren
Enden am hohlen Torus und mit ihren radial äußeren Enden im Triebwerksgehäuse befestigt und
im Bereich des Strömungswegs der von der Hochdruckturbine zur Niederdruckturbine strömenden
Gase innerhalb von Leitschaufeln untergebracht sind. Die Leitschaufeln können mit dem hohlen Torus
verschweißt sein und die konzentrischen Wellen und die mit ihren umlaufenden Triebwerksteile in an sich
bekannter Weise im Gegensinn umlaufen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung dargestellt. Darin
/U9 /41/108
5°
F i g. 1 einen teilweise quergeschnittenen Aufriß eines erfindungsgemäßen Turbinenstrahlwerks,
F i g. 2 einen Teil des Triebwerks nach F i g. 1, betrachtet in Richtung des Pfeiles A in F i g. 1,
Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in
Fig. 2.
Ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 umfaßt ein äußeres Triebwerksgehäuse 11 mit einer Verbrennungsanlage
12, einer einstufigen Hochdruckturbine 13 und einer zweistufigen Niederdruckturbine 14.
Die Hochdruckturbine 13 hat eine Vielzahl von in Winkelabständen vorgesehenen Düsenleitschaufeln
15 und eine Vielzahl von ebenfalls in Winkelabständen vorgesehenen Läuferschaufeln 16. Die Läuferschaufeln
16 haben Wurzeln 17 mit einem Außengewinde, welche in Büchsen 17 α eingeschraubt sind.
Diese Büchsen 17 a sind ihrerseits in mit Innengewinden versehene öffnungen in einer Turbinenscheibe 18
eingeschraubt.
Die Turbinenscheibe 18 ist durch eine Reihe von in Winkelabständen vorgesehenen Stellschrauben 21
und eine Kupplung 22 an einer Hohlwelle 20 befestigt. Auf dieser Hohlwelle 20 ist auch ein zylindrischer
Teil 23 befestigt, von dem ein Teil einen inneren Laufring 24 eines Lagers 25 bildet. Dieses Lager 25
hat Rollen 26, die auf dem inneren Laufring 24 und in einem Käfig 27 rollen. Um diese Rollen 26 liegt ein
ringförmiger äußerer Laufring 30, der in einem elastischen Verbindungsglied 32 montiert ist. Das Verbindungsglied
32 ist an einem starren, hohlen Zwischenboden 33 über einen Steg 34 angebaut, welcher an
einer verhältnismäßig flexiblen Wandung 35 des Zwischenbodens 33 befestigt ist.
Jede Speiche 38 hat an ihrem radial nach außen gerichteten Ende einen Ansatz 41. Stellschrauben 42,
die radial durch Ansätze 43 auf dem äußeren Gehäuse durchgehen, greifen in Innengewinde in den Ansätzen
41 ein. Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, hat das äußere Gehäuse bei diesen Ansätzen 43 einen verhältnismäßig
geringen Querschnitt und ist in diesen Zonen daher verhältnismäßig elastisch.
Der ' Zwischenboden 33 hat eine radiale äußere Wandung 37, an welcher eine Vielzahl (z. B. dreißig)
von sich radial erstreckenden, in Winkelabständen angeordneten, steifen Speichen 38 angeschweißt ist.
Diese Speichen können aus einer auf Nickel aufgebauten Legierung geschmiedet oder gegossen sein und
umfassen jeweils ein gebogenes Segment 40, das einen Teil eines Außenrandes des Zwischenbodens 33 bildet.
Jede Speiche 38 befindet sich in einer hohlen Leitschaufel 44. Die Leitschaufeln 44 schützen die Speichen
38 vor der Wärme der durch die Turbinen strömenden Gase.
Stromabwärts der Leitschaufeln 44 befinden sich die Läuferschaufeln 45, Statorschaufeln 46 und Läuferschaufeln
47 der zweistufigen Niederdruckturbine 14. Die Statorschaufeln 46 sind am äußeren Gehäuse
11 befestigt. Die Läuferschaufeln 45 und 47 sind an Turbinenscheiben 50 bzw. 51 befestigt, die miteinander
durch Stifte bei 52 verbunden sind.
Die Turbinenscheiben 50, 51 sind bei 53 über eine Stirnzahnkupplung 55 mit einer Hohlwelle 54 verbunden
und werden durch konzentrisch in der Hohlwelle 54 vorgesehene Gewindebüchsen 56 und 57 festgehalten.
Die Hohlwelle 54 befindet sich konzentrisch in der Hohlwelle 20 und trägt auf einem Teil ihrer Oberfläche
eine Hülse 60. Diese Hülse 60 bildet den inneren Laufring eines Rollenlagers 59 mit Rollen 61, die
in einem Käfig 62 laufen und mit einem äußeren Laufring 63 in Berührung stehen.
Der äußere Laufring 63 sitzt in einem zylindrischen Gehäuse 64, das über einen Flansch 65 an einem
Ende 67 des flexiblen Teils 32 angeordnet ist. Das Ende 67 bildet mit dem zylindrischen Gehäuse 64 ein flexibles
Glied mit Haarnadelquerschnitt zwischen' dem äußeren Laufring 63 und dem starren Zwischenboden
33.
Die Lager 25, 59 sind in einem Gehäuse angeordnet, das vom Verbindungsglied 32 und vom Flansch
65 gebildet wird, wobei das Gehäuse durch Dichtungsringe 68, 69 abgedichtet wird.
Beim Betrieb rotieren die Hohlwellen 20, 54 in entgegengesetzten Richtungen und laufen dabei in den
Lagern 25 bzw. 59. Diese Lager sind mit dem durch den starren Zwischenboden 33 gebildeten Aufbau
über elastische Verbindungen verbunden, welche durch das elastische Verbindungsglied 32 bzw. durch
das elastische Verbindungsglied 64 mit dem Endteil 67 gebildet werden.
Es ist zu ersehen, daß eine Expansion des Zwischenbodens 33 sich nicht auf die Lager überträgt,
sondern durch diese elastische Verbindungen isoliert wird.
Ausdehnungen, welche den Steg 34 erreichen, werden wiederum durch die verhältnismäßig flexible
Wandung reduziert, die ebenfalls Wärmedehnungen aufnimmt.
Der durch den Zwischenboden 33 gebildete, zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckturbine
liegende Teil wird trotz der in der Richtung der Pfeile in F i g. 1 strömenden Kühlluft sehr heiß. Es kommt
daher zu einer relativen Wärmedehnung, durch welche die Speichen 38 in der Richtung nach außen bewegt
werden.. Wie bereits erwähnt, ist das Gehäuse 11 neben den Ansätzen 43 verhältnismäßig dünn und
flexibel, so daß jede Relativbewegung zwischen den Speichen 38 und dem Gehäuse 11 dadurch aufgenommen
wird, daß sich das Gehäuse 11 elastisch dehnt.
Es ist zu ersehen, daß sich in den Speichen 38 infolge dieser Wärmedehnung Druckkräfte aufbauen.
Um den Pegel dieser Druckkräfte beim Arbeiten der Anlage herabzusetzen, kann eine Vorspannung in
diese Speichen 38 eingeführt werden, indem das Gehäuse 11 vorgespannt wird, oder indem ein höherer
Gasdruck in der Richtung-von innen nach außen die innere Oberfläche des Gehäuses beaufschlagt.
Durch die Anordnung des einzigen statischen Gehäuses
für beide Gasturbinenlager zwischen diesen beiden Turbinen, werden die beiden Wellen in der
unmittelbaren Nähe der Turbinenscheiben abgestützt. Wenn diese Wellen verhältnismäßig kurz gehalten
werden können, erübrigt sich dadurch ein Zwischenlager zwischen dem Auslaß des Hochdruckverdichters
und den Turbinenlagern, d. h. in der Zone der Verbrennungskammer. Dieser Fortfall eines Zwischenlagers
führt zu großen Einsparungen an Gewicht und in der Gesamtlänge des Triebwerks, da mit
diesem Lager auch alle damit zusammenwirkenden Luftzuführungen, Ölleitungen, Dichtungen und Abstützungen
fortfallen.
Die besondere in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform hat noch einen weiteren Vorteil: Die normalerweise zum Schutz der Lager zwischen Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine erforderliche Hochdruckdichtung, welche Druckausgleich-
Die besondere in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform hat noch einen weiteren Vorteil: Die normalerweise zum Schutz der Lager zwischen Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine erforderliche Hochdruckdichtung, welche Druckausgleich-
Probleme aufwirft, kann bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung unter Umständen entfallen.
Zum Auswuchten des Axialschubs des Verdichters kann der durch die Turbine gelieferte Axialschub dadurch
vergrößert werden, daß die Rückseite der Türbinenscheibe 18 an die Abgasleitung entlüftet wird.
In der dargestellten Ausführungsform nach F i g. 1 geschieht dies durch Öffnungen 70 im Zwischenboden
33 und Öffnungen 71, 72 in den Turbinenscheiben 50, 51. Die Luft strömt dann vom stromabwärts der
Turbinenscheibe 18 liegenden Raum in der durch die Pfeile 73, 74, 75 angedeuteten Richtung.
-Druckluft wird durch die Öffnungen 76 in der Turbinenscheibe
18 an die Leitschaufeln 44 und an den Raum stromabwärts der Turbinenscheibe 18 angeliefert.
Es ist zu ersehen, daß ein mit einem derartigen Lageraufbau ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk
es ermöglichen dürfte, auch die übrigen Lager des Triebwerks und die Dichtungen in vorteilhafter
Weise so zu ändern, daß ein bedeutend leichteres, einfacheres und billigeres Triebwerk geschaffen wird.
Obwohl das Gehäuse 11 in dieser Beschreibung als »äußeres Gehäuse« bezeichnet wurde, bedeutet dies
nur, daß es das äußere Gehäuse der Verbrennungs- as anlage und der Turbine bildet, Praktisch kann dieses
Gehäuse von einer Umgehungsleitung und von einem weiteren, tatsächlich äußeren Gehäuse umgeben sein.
Der im Vorhergehenden benutzte Ausdruck »äußeres Gehäuse« bedeutet daher nur, daß dieses Gehäuse
außerhalb der Verbrennungsanlage und der Turbinen angeordnet ist.
Claims (7)
1. Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet,
einen Niederdruckverdichter, einen Hochdruckverdichter, einen Verbrennungsabschnitt, eine
Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine, wobei Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine
durch eine erste Verbindungswelle und Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine
durch eine zweite zur ersten konzentrisch angeordneten Welle miteinander verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochdruckturbine (13) und die Niederdruckturbine
(14) in von der Verdichterbaugruppe her bekannter Weise gelagert sind mittels in Achsrichtung
des Triebwerks nebeneinanderliegender Lager (25, 59), welche an einem gemeinsamen,
zwischen Hochdruckturbine (13) und Niederdruckturbine (14) untergebrachten Zwischenboden
(33) des Triebwerks befestigt sind, und zwar vermittels in radialer Richtung elastisch
nachgebender Verbindungsglieder (32, 64).
2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsglieder
(32, 64) der nebeneinanderliegenden Lager (25 bzw. 59) von zusammenhängenden Ringfassungen
gebildet sind, welche, in einer die Achse des Triebwerks enthaltenden Schnittebene
betrachtet, eine haarnadelförmige Grundgestalt haben, mit in Achsrichtung sich erstreckenden
Schenkeln unterschiedlicher Länge, und nächst dem Haarnadelkopf (bei 34) an dem Zwischenboden
befestigt sind.
3. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein das
Strahltriebwerk (10) umfassendes, den gemeinsamen Zwischenboden (33) tragendes äußeres
Gehäuse (11) im Bereiche der Befestigung dieses Zwischenbodens (33) in radialer Richtung nachgiebig
ausgebildet ist.
4. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame
Zwischenboden (33) in Form eines hohlen in radialer Richtung elastischen Torus ausgebildet
ist.
5. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle
Torus (33) auf dem Radialbereich innerhalb der Schaufelwurzeln von Hochdruckturbine (13) und
Niederdruckturbine (14) beschränkt und durch eine Vielzahl von Speichen 38 getragen ist,
welche, in Winkelabständen um die Triebwerksachse herum verteilt, mit ihren radial inneren
Enden am hohlen Torus (33) und mit ihren radial äußeren Enden im Triebwerksgehäuse (11)
befestigt und im Bereich des Strömungswegs der von der Hochdruckturbine (13) zur Niederdruckturbine
(14) strömenden Gase innerhalb von Leitschaufeln (44) untergebracht sind.
6. Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (44) mit
dem hohlen Torus (33) verschweißt sind.
7. Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen
Wellen (20, 54) und die mit ihnen umlaufenden Triebwerksteile in an sich bekannter
Weise im Gegensinn umlaufen.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1126 196,
987, 1032 031;
schweizerische Patentschrift Nr. 266 474.
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1126 196,
987, 1032 031;
schweizerische Patentschrift Nr. 266 474.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 607/135 6.67 © Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB42513/62A GB969579A (en) | 1962-11-09 | 1962-11-09 | Gas turbine engine |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1242942B DE1242942B (de) | 1967-06-22 |
DE1242942C2 true DE1242942C2 (de) | 1967-12-14 |
Family
ID=10424766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1963R0036497 Expired DE1242942C2 (de) | 1962-11-09 | 1963-11-05 | Gasturbinenstrahltriebwerk |
Country Status (4)
Country | Link |
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DE (1) | DE1242942C2 (de) |
FR (1) | FR1382232A (de) |
GB (1) | GB969579A (de) |
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Also Published As
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GB969579A (en) | 1964-09-09 |
DE1242942B (de) | 1967-06-22 |
US3250512A (en) | 1966-05-10 |
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Legal Events
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