DE2119495A1

DE2119495A1 - Mehrstufiger, in einem Kanal ange ordneter Lufter fur Gasturbinentrieb werke

Info

Publication number: DE2119495A1
Application number: DE19712119495
Authority: DE
Inventors: Kenneth Richard Norman Hill Estate Dursley Langley (Großbritannien)
Original assignee: Minister of Aviation Supply in Her Britannic Majestys Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, London
Priority date: 1970-04-28
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FR2086419B1; GB1305302A; US3713748A; FR2086419A1

Description

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RO AUGSBURG

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TSMfON, Ι13Τβ

R.79ß

Augsburg, den 20. April 1971

Der Minister für Luftfahrtbesehaffung in der Regierung Ihrer Majestät der Königin der Vereinigten Königreiche von Großbritannien und Nordirland, Horse Guards Avenue,

London, S.W.l, England

Mehrstufiger, in einem Kanal angeordneter Lüfter für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft mehrstufige, in einem Kanal angeordnete Lüfter für Gasturbinentriebwerke mit zwei Reihen von Laufradschaufein und mit einem Strömungsteiler, welcher den Kanal in einen radial inneren und in einen radial äußeren Strömungskanal unterteilt.

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Im Rahmen der folgenden Beschreibung umfaßt der Ausdruck "Lüfter- oder Verdichterstufe" jeweils sowohl die Laufradschaufelreihe als auch die dieser zugeordnete _t Leitradschaufelreihe. '

Es ist bekannt, daß ein Teil des Lärms, der vom Lüfter einer .Gasturbine erzeugt wird, durch Nachströrr.ungen hervorgerufen wird, welche durch die stromauf gelegenen Schaufelreihen in Zusammenwirkung mit den stromab gelegenen Schaufelreihen des Lüfters erzeugt werden. Zur Verringerung des Lüfterlärms ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die Laufrad- und Leitradreihen jeweils einer Lüfterstufe in einem axialen Abstand voneinander anzuordnen, welcher mindestens doppelt so groß ist wie die Schaufelbreite der stromauf gelegenen Schaufelreihe.

Bei Gasturbinentriebwerken, bei Vielehen ein mehrstufiger Lüfter erforderlich ist, ergeben sich dadurch jedoch sehr große Triebwerkslängen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen mehrstufigen Lüfter für Gasturbinentriebwerke zu schaffen, welcher ohne Vergrößerung der Triebwerkslänge weniger Lärm erzeugt als bekannte Lüfter.

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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung einen mehrstufigen, in einem Kanal angeordneten Lüfter für Gasturbinentriebwerke, mit zwei Reihen von Laufradschaufel und mit einem Strömungsteiler, welcher den Kanal in einen radial inneren und in einen radial äußeren Strcmangskanal unterteilt, welcher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Laufradschaufelreihen über beide Strömungskanäle erstrecken, daß sich ferner zx^ischen den Laufradsehaufe!reihen eine Reihe von Leitradschaufeln über beide Strömungskanäle hinweg erstreckt, daß weiter mindestens in dem äußeren Strömungskanal Jede Laufrad- und Leitradschaufelreihe von der stromauf benachbarten Schaufelreihe einen axialen Abstand aufweist, vieleher mindestens -gleich eineinhalbmal der Schaufelbreite in der betreffenden, stromauf gelegenen Schaufelreihe ist, und daß schließlich der innere Strömungskanal zusätzlich jeweils eine Laufrad- und Leitradschaufelreihe aufweist, weiche jeweils zwischen der erstgenannten Leitradschaufelreihe und einer der Laufradschaufelreihen angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Lüfters nach der Erfindung sind außerdem mindestens die ersten vier Reihen der Beschaufelung in dem inneren·Strömungskanal in Strömungsrichtung um die doppelte Schaufelbreite

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der jeweils stromauf gelegenen SehaufeIreine voneinander getrennt. ■

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt ein Gasturbinen- bzw. Strahltriebwerk, welches in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet einen zweistufigen Frontlüfter 1, einen Mitteldruck (MD)-Verdichter 2, einen Hochdruck (HD)-Verdichter >, eine Verbrennungsanordnung 4, eine HD-Turbine 5, eine Niederdruck (ND)-Turbine 6 und eine Rückstoßdüse 7 aufweist.

.Der HD-Verdichter, die Verbrennungsanordnung und die Turbinen können jeweils von herkömmlicher Bauart sein und werden im folgenden nicht näher beschrieben. Es muß lediglich gesagt werden, daß die HD-Turbine 5 den HD-Verdichter 3 über eine HD-Welle 9 antreibt, welche in einem vorderen Lager 10 und in einem hinteren Lager 11 gelagert ist, während die ND-Türbine 6 sowohl den Lüfter wie auch den MD-Verdichter 2 über eine Welle 13 antreibt, welche jeweils in vorderen,- mittleren und hinteren Lagern 14, 15 und 16 gelagert ist.

Der Lüfter ist in einem Kanal 20 angeordnet, welcher durch einen Strömungsteiler 21, der den vorderen Rand eines inneren Gehäuses 22 des Triebwerkes bildet,welches die Verdichter, die Verbrennungsanordnung und die Turbinen umschließt, in einen inneren und in einen äußeren Strömungskanal unterteilt ist. Ein äußeres Gehäuse 23 bildet zusammen mit dem inneren Gehäuse 22 und dem Strömungsteiler 21 einen ringförmigen Beipaßkanal 24, durch welchen ein Teil der durch den Lüfter verdichteten Luft hindurch strömt. An dem stromabwärts gelegenen Ende des Beipaßkanals 24 strömt die Luft durch eine die Rückstoßdüse umgebende äußere ringförmige Rückstoßdüse 25 hindurch, ins Freie.

Der Lüfter 1 weist zwei Reihen von Laufradschaufeln und 31 auf, welche sich jeweils über die gesamte lichte Weite des Kanals 20 erstrecken* Die erste Laufradschaufelreihe ist stromaufwärts von dem Strömungsteiler 21 angeordnet. Die zweite Laufradschaufelreihe hingegen wird durch den Strömungsteiler in eine radial innere und in eine radial äußere "Lage" unterteilt. Der Strömungsteller 21 ist an dem äußeren Gehäuse 23 durch einen Kranz von Leitschaufeln 32 gehaltert, welche in dem äußeren Strömungskanal die Leitradreihe der ersten Lüfterstufe bilden. Die Leitschaufeln 32 tragen außerdem einen Kranz

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von Leitschaufeln 33> welche in dem inneren Strömüngstcarial die Leitradreihe der ersten Lüfterstufe bilden. ^;

Zur Verminderung des von dem Lüfter hervorgerufenen Lärms müssen die Laufrader und Leiträder jeweils der Lüfterstufen einen axialen Abstand voneinander aufweisen, ■ welcher mindestens doppelt so groß ist wie die Schaufelbreite der jeweils stromaufwärts gelegenen Reihe von Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln.

Da der Lärm aus dem Lüfter an den Schaufelspitzen größer ist, ist es wichtig, daß mindestens in dem äußeren Strömungskanal der obengenannte große Abstand zwischen Laufrädern und Leiträdern eingehalten wird. Folglich sind die Leitradsehaufein 32 stromabwärts von den Laufradschaufeln 30 in einem Abstand angeordnet, welcher gleich der doppelten Schaufelbreite der Laufradschaufeln 30 ist. Die Laufradschaufeln 31 sind in der gleichen Weise stromabwärts von den Leitradschaufeln 32 in einem Abstand angeordnet, welcher gleich der doppelten Schaufelbreite der Leitradschaufeln 32 ist. Eine zweite Reihe von Leitradschaufeln 34 ist stromabwärts von den Laufradschaufeln 31 in einem Abstand angeordnet, welcher gleich der doppelten Schaufelbreite der Laufradschaufeln 31 ist.

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Die Leitradschaufeln 34 und die Laufradschaufeln 31 bilden gemeinsam die zweite Stufe des Lüfters in dem äußeren Strömungskanal. '

Eine Zwischenverdiehtungsstufe ist in dem Zwischenraum zwischen dem Leitrad der ersten LUfterstufe und dem Laufrad · der zweiten LUfterstufe angeordnet. Diese Verdichtungsstufe kann die nach vorn gerückte erste Stufe des MD-Verdichters sein, wodurch die Gesamtlänge des Triebwerkes verringert wird, oder kann, alternativ, eine zusätzliche Stufe zu den Stufen des MD-Verdichters bilden, welche die Luftströmung an den Wurzeln der Lüfterlaufräder zur Erhöhung des Druckverhältnisses an den Wurzeln auflädt bzw. vorverdichtet. Obgleich sich bei dieser Anordnung im Vergleich zu einem Triebwerk mit zweistufigem Lüfter mit großem. Schaufelabstand keine Verringerung der Gesamttriebwerkslänge ergibt, ist aus dem Lüfter ohne Vergrößerung^ der Triebwerkslänge ein höheres Druckverhältnis erhältlich oder, alternativ, kann bei gleichem Druckverhältnis der Lüfter langsamer laufen und ist deshalb im Betrieb ruhiger.

Zur weiteren Lärmverminderung können aufeinanderfolgende Laufräder und Leiträder in dem inneren Strömungskanal ebenfalls um die doppelte Schaufelbreite der jeweils stromaufwärts gelegenen Lauf- oder Leitschaufelreihe

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voneinander entfernt angeordnet werden. ·

Das läßt sich ebenfalls ohne Vergrößerung der Triebwerkslänge erreichen, weil die Leitradschaufeln 33 durch die Leitschaufeln 32 gehaltert sind und nicht so groß wie diese zu sein brauchen. Durch Verringerung der axialen Spannweite der Leitschaufeln j5j5 können deshalb das Zwischenlaufrad und das folgende Leitrad angenähert um die doppelte Schaufelbreite stromabwärts von ihren entsprechenden Leit- oder Laufschaufeln entfernt innerhalb des Zwischenraumes zwischen den Leitschaufeln33 und der inneren "Lage" der Laufradschaufeln 31 angeordnet werden.

Auf diese Weise kann der Lärm, der von den ersten, beiden Stufen in dem inneren Strömungskanal herrührt, ebenfalls verringert werden.

Über die ersten beiden Stufen hinaus ist durch das Anordnen der Lauf räder und Leiträder weiterer SAUf-en im Abstand vpvi jeweils, zwei Schaufelbreiten wenig zu erreichen» da,dadurch dieι Länge desΐTriebwerkes und folglich dessen Gewicht vergrößert würden. -

Bei Bedarf können jedoch die Laufrad- und Leitradreihen in dem äußeren Strömungskanal weiterhin in dem

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genannten Abstand voneinander angeordnet werden und die dritte innere Stufe kann ebenfalls auf einen Abstand gebracht werden, welcher gleich der doppelten Schaufelbreite ist.

Selbstverständlich ist der Abstand zwischen den Schaufelreihen nicht auf die doppelte Schaufelbreite beschränkt, denn auch durch Abstände bis herunter auf das eineinhalbfache der Schaufelbreite der stromaufwärts gelegenen Lauf- bzw. Leitsöhaüfein läßt sich eine beträchtliche LMrmverrainderung erzielen.

Ein solcher Abstand kann bei der letzten Stufe des Lüfters angewendet werden, bei welcher ein größerer Abstand nur sehr wenig erbringen würde.

Es können auch alternative Lösungen zu der oben beschriebenen Ausführungsfora de$ Lüfters nach der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann der Lüfter drei Stufen aufweisen, welche sich jeweils über die gesamte lichte Weite des Kanals erstrecken, sowie Zwischenstufen, welche sich nur Über den inneren Strömungskanal erstrecken und welche zwischen sämtlichen Lauf rädern des Lüfters angeordnet; sind.

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INSPECTED

Alternativ kann auch mehr als eine Zwischenstufe zwischen jeweils zwei Laufrädern des Lüfters in dem inneren Strömungskanal verwendet werden.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche;

I lS Mehrstufiger, in einem Kanal; angeordneter Lüfter für Gasturbinentriebwerke, mit zwei Reihen von Laufradschaufeln und mit einem Strömungsteiler, welcher den Kanal in einen radial inneren und in einen radial äußeren Strömungskanal unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lauf radsehauf elreihen (30, 31) über beide Strömungskanäle erstrecken, daß sich ferner zwischen den Laufradschaufelreihen eine Reihe von Leitradschaüfein (32, über beide Strömungskanäle hinweg erstreckt, daß weiter mindestens in dem äußeren Strömungskanal jede Laufrad- und Leitradschaufelreihe von der stromauf benachbarten Schaufelreihe einen axialen Abstand aufweist, welcher mindestens gleich eineinhalbmal der Schaufelbreite in der betreffenden, stromauf gelegenen Schaufelreihe ist, und daß schließlich der innere Strömungskanal zusätzlich jeweils eine Laufrad- und Leitradschaufelreihe aufweist, welche jeweils zwischen der erstgenannten Leitradschaufelreihe (32, 33) und einer der Laufradschaufelreihen (31) angeordnet sind.
2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Schaufeln (33) der erstgenannten Leitrad-

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schaufelreihe 02., 23)* welche sich über den inneren Strömungskanal erstrecken, in bezug auf die in dem äußeren Strömungskanal befindlichen Schaufeln (J>2.) der erstgenannten Leitradschaufelreihe eine geringere Schaufelbreite aufweisen, und daß mindestens die ersten vier Reihen der Beschaufelung in dem inneren Strömungskanal einen Abstand von der jeweils benachbarten, stromauf gelegenen Sehaufelreihe aufweisen, welcher mindestens das exneinhalbfache der Schaufelbreite dieser Stromauf-Sehaufelreihe beträgt.
3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sieh um einen Frontlüfter (1) handelt.

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