DE2300354A1

DE2300354A1 - Turbinengehaeuse fuer gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2300354A1
Application number: DE2300354A
Authority: DE
Inventors: Ronald Albert Gilbert
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-01-12
Filing date: 1973-01-04
Publication date: 1973-07-26
Also published as: JPS549247B2; DE2300354C3; JPS4880906A; DE2300354B2; FR2167837A1; IT973079B; FR2167837B1; GB1335145A; US3824031A

Description

Rolls-Royce (1971) Limited, London, England.

Turbinengehäuse für Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinengehäuse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk.

Ebenso wie der Wirkungsgrad von Gasturbinenstrahltriebwerken erhöht wurde, haben sich auch die Jfitfkuhgen von Nachteilen vergrößert, die verursacht werden durch Leckströrae von Luft aus dem Hauptströmungsringkanal und um die Kompressions- oder Expansionsstufen innerhalb der Turbine.Es ist insbesondere schwierig zu gewährleisten, daß ein genügend kleiner Leckstrom um die spitzen der Turbinenrotorstufen strömt, da diese Bauteile sehr großen Temperaturunterschieden zwischen Ruhestellung und Arbeitsstellung unterworfen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbinengehäuse zu schaffen, das die Möglichkeit schafft, jenen Teil des Gehäuses, das die Außenwand des Hauptströmungskanals bildet, in konzentrischer Form zu erhalten, wodurch der Leckstrom um die Turbinenrotorspitzen herum gesteuert werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Gehäuse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk dadurch, daß mehrere getrennte bogenförmige Segmente vorgesehen sind, die zusammen ein ringartiges Gehäuse bilden, das die Grenze des Gasströmungskanals um eine Turbi -

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nenrotorstufe definiert, wobei jedes Segment von ernem äußeren Traggehäuse über eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten, radial verlaufenden Streben gelagert wird, wobei die Mehrzahl der Streben einer Deformation unterworfen ist, um eine relative thermische Ausdehnung zwischen den Segmenten und dem Traggehäuse zu ermöglichen.

Vorzugsweise ist eine zentrale, relativ starre Strebe für jedes Segment vorgesehen und zwei weitere elastische Streben sind im gleichen Abstand von der Mittelstrebe angeordnet.

Die streben erstrecken sich vorzugsweise in einer Ebene im wesentlichen parallel zur Turbinenachse.

Vorzugsweise trägt das Lagergehäuse die Welle über zwei Lagerpaneele, zwischen denen das Traggehäuse verläuft. Gemäß einer bevorzugt' η Ausführung der Erfindung sind zwei Gruppen dieser Segmente vorhanden, die von e,inem Gehäuse getragen werden, das sich zwischen den beiden Lagerpaneelen erstreckt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise gebrochene Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks, dessen Turbinengehäuse gemäß der Erfindung ausgebildet ist,

Pig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt der Turbine des Triebwerks gemäß Fig.l,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig.2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem äußeren Gehäuse 10, in dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckkompressor 11, ein Hochdruckkompressor 12, eine Verbrennungseinrichtung 13, eine Hochdruckturbine Ik, eine Niederdruckturbine 15 und eine Abgasdüse 16 angeordnet sind. Der Niederdruckkompressor und

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die Niederdruckturbine einerseits und der Hochdruckkompressor und die Hochdruckturbine andererseits sind durch eine Niederdruckwelle 17 bzw. eine Hochdruckwelle 18 gekoppelt. Die Arbeitsweise des Triebwerks entspricht den üblichen Strahltriebwerken, d.h. die Kompressoren 11 und 12 verdichten die einlaufende Luft, die dann in der Verbrennungseinrichtung 13 verbrannt wird. Die resultierenden Gase werden durch die Hochdruckturbine bzw. die Niederdruokturbine 14 bzw. 15 entspannt, die den ihnen zugeordneten Kompressor antreiben und dann strömen die Abgase durch die Düse 16 ab und erzeugen dabei den Vorwärtsschub.

Das Triebwerk besitzt ein sehr hohes Druckverhältnis und infolgedessen ist es erforderlich, eine entsprechende Dichtung zwischen den Turbinenschaufelspitzen und. dem ditse umgebenden Gehäuse zu schaffen und diese Dichtung wird durch die Konstruktion gewährleistet, die im einzelnen aus Fig.2 und 5 ersichtlich ist.

Fig. 2 zeigt das stromunterseitige Ende 19 der Brennkammer des Triebwerks, das an einer DUsenleitschaufel 20 ansetzt. Bs ist ein Lagerpaneel vorgesehen, das aus einer Vielzahl getrennter Streben 21 besteht, die sämtlich durch das hohle Innere einer der Schaufeln 20 vom inneren Gehäuse 22 des Triebwerks verlaufen. Die streben 21 tragen an ihren inneren Enden ein Rollenlager 23, das seinerseits die Welle 18 lagert.

Die Düsenleitschaufeln 20 werden von einem Flansch 24 getragen, der am Gehäuse 22 bei 25 verbolzt ist und außerdem einen weiteren Trägerzylinder 26 abstützt. Der Trägerzylinder 26 ist an seiner inneren Oberfläche mit einer Vielzahl von Tragstreben 27 ausgerüstet. Diese streben sind elastisch und relativ dünn mit Ausnahme der Jüttelstrebe ^edes Satzes und wie aus den Fig.2 und 3 ersichtlich, verlaufen diese Streben im wesentlichen radial bzw. axial. Gruppen

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von dreien dieser Streben 27 tragen jeweils ein bogenförmiges Segment 28 und eine Mehrzahl von Segmenten 28 bildet zusammen ein Ringgehäuse, das eine äußere Begrenzung des Gasströmungskanals bildet. Mit einem geringen Abstand zu den Segmenten 28 sind die · Rotorschaufeln 29 der Turbine 14 gelagert und diese Schaufeln 29 werden von einer Scheibe 30 getragen, die Ihrerseits von der Welle 18 abgestützt

Der Tragzylinder 26 1st an seinem dem Flansch 24 entgegengesetzt liegenden Ende mit einem weiteren Flansch J51 versehen, der die vordere Abstützung der stationären Leitschaufeln 32 bildet, die an ihren stromunterseitigen Ende vom Gehäuseaufbau 22 getragen werden. In Ströaiungsrichtung kurz hinter den Schaufeln 32 ist eine Niederdruckturbine 15 gelagert, die mehrere Rotorschaufeln 33 umfaßt, welche auf einer Scheibe 34 gelagert sind, die von der Welle 17 getragen wird.

Die Spitzen der Schaufeln 33 liegen im kurzen Abstand zur Innenwand des Gehäuses, das In gleicher ^eise ausgebildet 1st, wie das der Hochdruekturbine. In diesem Fall trägt der Gehäuseaufbau 22 unmittelbar mehrere Streben 35, die den Streben 27 ähneln und es sind wiederum Gruppen von dreien dieser Streben vorgesehen,die jeweils ein bogenförmiges Segment 36 abstützen. In gleicher Weise wie die Segmente 28 bilden die Segmente 36 ein ringförmiges Gehäu se, welches die äußere Begrenzung des Strömungskanals um die Turbinensehaufeln 33 herum darstellt.

Stromunter sei tig der Turbinenschaufeln 33 sind mehrere Schaufeln 37 gelagert, die vom Gehäuse 22 getragen werden. Diese Schaufeln sind hohl ausgebildet und sie werden von einer Vielzahl von Streben 38 durchsetzt, die durch die hohlen Zentren der Schaufeln geführt sind. Die streben 38 stehen von dem Gehäuse 22 vor und bilden ein Lagerpaneel, das ein Rollenlager 39 abstützt, das sei-

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nerseits einen Fortsatz der Welle IJ und demgemäß die Niederdruckturbine 15 trägt.

Der beschriebene Aufbau arbeitet wie folgt:

Das Gehäuse 22 und die Wellen 17 und l8 werden duroh die Lagerpaneele 21 und 38 in fester Beziehung zueinander gehalten. Das Gehäuse 22 bleibt dabei relativ kühl. Die Segmente 28 und 36, die entweder direkt oder indirekt vom Gehäuse 22 durch ihre Tragstreben abgestützt sind, werden demgemäß vollständig konzentrisch zu den Wellen 17 und 18 gehalten. Jede relative Ausdehnung zwischen den heißen Segmenten und dem kalten Gehäuse führt zu einer Deformation der äußeren zwei elastischen Streben, die jedes Segment haltern. Obgleich eine solche Ausdehnung eine Verzerrung eines jeden Segmentes bewirken kann, weicht das Gesamtgehäuse nur sehr wenig von der ideal konzentrischen Form ab. Da somit die Konzentrizität des Gehäuses gewährleistet ist, wird es möglich, den Zwischenraum zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und der benachbarten Gehäuseinnenwand auf einen sehr kleinen Betrag zu verringern, so daß auch der Leckstrom um die Spitzen der Turbinenschaufeln herum vermindert wird, woraus sich wiederum eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Triebwerks ergibt.

Unter verwendung des Grundprinzips können zahlreiche Abwandlungen getroffen werden. Die Konstruktion 1st für sämtliche GasturbinenstrahltrJäDwerke anwendbar, die eine Turbine aufweisen, deren Spitzenspiel gesteuert werden muß. Sine maximale Wirkung wird duroh die Erfindung bei Triefewerken mit hohen Druckverhältnissen erreicht, die drei oder mehrere Wellen besitzen. Die Erfindung kann jedoch auch mit Vorteil bei einfacheren Triebwerken Anwendung finden. Es ist auch möglich, eine andere Anzahl von Streben zu benutzen, um die Segmente zu tragen, jedoch stellt eine ungerade Zahl von Streben die bevorzugte Ausführung dar, so daß jeweils eine zentrale Strebe mit einer gleichen Zahl von Streben auf beiden Seiten vorgesehen wird.

•Λ· Patentansprüche ;

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Claims

230Ü35A

Patentansprüche:

ζ Iy Turbinengehäuse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere getrennte bogenförmige Segmente (28,36) vorgesehensind, die zusammen ein ringförmiges Gehäuse bilden, welches die Grenze des Gasströmungskanals um die Turbinenrotorstufe herum bildet, und daß jedes Segment von einem äußeren Traggehäuse (26,22) über eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneter radial verlaufender Streben (27,35) gelagert ist, wobei wenigstens die Mehrzahl dieser Streben einer Deformation unterworfen werden kann, um eine relative thermische Ausdehnung zwischen den Segmenten und dem Trägergehäuse zu ermöglichen.
2. Turbinengehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß jedes Segment (28,36) von einer zentralen, relativ starren Strebe und zwei im gleichen Abstand nach außen versetzten elastischen Streben getragen wird.
3. Turbinengehäuse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strebe 27,25) im wesentlichen parallel zur Wellenachse des Triebwerks verläuft.
4. Turbinengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzei ohne t, daß das Trägergehäuse die Turbinenwelle bzw. die Turbinenwellen über zwei Lagerpaneele (21,38) abstützt, zwischen denen das Gehäuse (22) verläuft und die die Welle bzw. die Wellen (17,18) des Triebwerks tragen.

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5. Turbinengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Gruppen von Segmenten (28,56) iron einem Gefa&uee (22) getragen werden, die zwischen den beiden Lagerpaneelen (21,58) verlaufen.
6. Turbinengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,.

daß die streben (35) direkt am Trägergehäuse (22) gelagert sind.
7. Turbinengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die streben (27) von einem getrennten Träger (26) abgestützt werden, der direkt am Trägergehäuse (22) befestigt ist.

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