DE2741063C2 - Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Flammrohr 8 einer Umkehrbrennkammer 9 liegenden Ringkanal 10, über welchen die Brennkammer 9 mit Verbrennungs-, Misch- sowie Kühlluft versorgbar ist.

Die Leit- und Laufschaufel einer Verdichterantriebsturbine 11 des Gaserzeugers sind mit 12,13 bzw. 14,15 bezeichnet

Der Radialverdichter 1 u-id die Verdichterantriebsturbine 11 sitzen auf der gemeinsamen Gaserzeugerwelle 16, wobei ein unmittelbar hinter dem Radialver-

dynamisch erheblich verzögerten, turbulenten Strömung führen dürften, die als solche sodann über das betreffende »Schwanzstück« zumindest von den daran angrenzenden Strömungskanälen im Wege der kleinen Leitschaufeln zu verarbeiten wäre.

Als Folge der von der hohlen Leit- bzw. Stützschaufel dem Gitter aufgeprägte Ungleichförmigkeit der Gasströmung wären also nicht unerhebliche aerodynamische Störungen zu erwarten, so daß der Verdichter des

betreffenden Gaserzeugers im Rahmen der auf den Ge- io dichter 1 angeordnetes Hauptlager, an der Gaserzeusamtbetriebszustand optimal abzustimmenden Gitter- gerwelle 16, mit 17 bezeichnet ist beaufschlagung einer frühzeitigen Pumpgefahr ausge- Wie weiter aus F i g. 1 entnehmbar, sind die äußere

setzt wäre. und innere Lagerkammer 18, 19 des Hauptlagers 17,

Insbesondere hinsichtlich eines »gedanklich durchge- einschließlich zugehöriger Dichtungsträger 20, 21 gespielten« Einsatzes des aus der US-PS 37 04 075 be- is genüber der Gaserzeugerwelle 16 von einer doppelkcnnten Leitschaufelgitters als Axialverzögerungsleit- wandigen Lagerschale (Schalenteile 22,22') gebildet, die gitter bei einem gattungsgemäßen Radialverdichter somit als Lagerträger des Hauptlagers 17 dient Diese dürften am Gittereintritt nicht unerhebliche Luftgrenz- Lagerschale — siehe auch F i g. 2 — ist koaxial zur Schichtanhäufungen zu erwarten sein, die dann weitere Triebwerkslängsachse angeordnet, ferner als gegen unerwünschte aerodynamische Verzögerungen der 20 Axialkräfte steife Kastenkonstruktion ausgebildet und Strömung an bzw. im Leitgitter nach sich ziehen könn- weiter auf der dem Radialverdichter 1 zugeordneten

Seite mit zur Lagerversorgung dienenden Versorgungskanälen 24 versehen (F i g. 2). Die Versorgungskanäle 24 können — von der Längsmittelachse ausgehend — stern- bzw. strahlenförmig nach außen gerichtet verlaufen und vorzugsweise gleichförmig untereinander beabstandet angeordnet sein, und zwar für folgende beispielhafte Zwecke: Lagerkammerentlüftung, Frischölzufluß, Rücköiabfluß.

Die Versorgungskanäle 24 können durch Rippen 25 (Fig. 1) gebildet werden, die mit einem der beiden Schalenteile 22 bzw. 22' verbunden sind und hierbei gleichzeitig die axiale Beabstandung der Schalenteile 22, 22' zueinander besorgen.

Unter Bezug auf die angegebene spezielle Bauweise des Gasturbinentriebwerks soll die Versorgung des Hauptlagers 17 von außen durch die Beschaufelung des Axialleitgitters 4 hindurch erfolgen. Hierzu ist das Axialleitgitter 4 in Schaufelgruppen aufgeteilt, die jeweils aus freier Lagerversorgung über das Axialleitgitter, das 40 einer Anzahl verhältnismäßig kleiner Leitschaufeln 26 letztere optimal im Rahmen der ihm aufgetragenen sowie einer verhältnismäßig großen Leitschaufel 27 beFunktion arbeiten lassen zu können, wobei nicht nur stehen. Hierbei sollen die kleinen Leitschaufeln 26 auseinwandfreie aerodynamische An- und Abströmverhält- schließlich nach den Gesichtspunkten der Strömungsnisse, sondern auch, gleichförmig über dem Gitterum- mechanik gestaltet sein, während die große Leitschaufel fang verteilt, einwandfreie Durchströmverhältnisse so- 45 27 einer Schaufelgruppe für die Lagerversorgung als wie eine über dein Gittergesamtumfang homogene und Hohlschaufel ausgebildet und gegenüber den kleinen

Leitschaufeln 26 mit einem deutlich längeren Schaufelprofil sowie einer deutlich größeren absoluten Profildikke versehen, zwischen zwei benachbarten übrigen Leit-50 schaufeln 26 (F i g. 3) liegen soll. Dabei soll die betreffende hohle Leitschaufel 27 eine gegenüber den übrigen kleinen Leitschaufeln 26 etwa doppelte Profülänge aufweisen und mit jeweils etwa 1/4 ihrer Profillänge die normale Gitterein- und -austrittsebene überkragend, Längsmittelebene liegender Baugruppen des Gasturbi- 55 zwischen zwei angrenzenden übrigen Leitschaufeln 26 nentriebwerks nach F i g. 1 und angeordnet sein.

F i g. 3 eine in die Zeichenebene projizierte Ansicht Wie aus F i g. 3 ferner entnehmbar, sollen die kleinen

einer Schaufelgruppe des zwischen Radialdiffusor und Leitschaufeln 26 und die großen Leitschaufeln 27 je-Brennkammer liegenden Axialleitgitters. weils auf deren Druckseite einerseits sowie auf deren

Gemäß F i g. 1 umfaßt der Gaserzeuger des Gartur- 60 Saugseite andererseits mit untereinander gleichen Probinentriebwerks einen Radialverdichter 1 mit einem filkr'immungen ausgestattet sein unter Bereitstellung diesem nachgeschalteten Radialdiffusor 2, aus dem die identischer Durchströmquerschnitte zwischen allen VerdichterSuftströmung über einen um 90° abgewinkel- Leitschaufeln 26,26 bzw. 26,27 des Axialleitgitters, ten Krümmer 3 in axialer Richtung abgelenkt und einem Vorteilhaft können die großen und kleinen Leitschau-

sich an den Krümmer 3 anschiießenden Axialleitgitter 4 65 fein weiter als Präzisionsgußteil ausgebildet sein, zugeführt wird. Die kleinen Leitschaufeln 26 können zweckmäßig als

Das Axialleitgitter 4 mündet austrittsseitig in einen sogenannte »DCA-« oder »NAGA-Profile« mit kleinem zwischen äußeren Gehäusebauteilen 5, 6. 7 und dem Dickenverhältnis gestaltet sein, wobei unter einem so-

ten. Darüberhinaus wären die nachteilhaften Folgen des »Mitschleppens« von Luftgrenzschichtanteilen über das abgewinkelte »Schwanzstück« in die angrenzenden Gitterströmungskanäle zu berücksichtigen.

Ein nicht unerheblich gestörter Verbrennungs- und Kühlprozeß im Wege der einem solchen Axialleitgitter nachgeschalteten Brennkammer wäre dabei ebenfalls nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk nach der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das unter Gewährleistung einwandfreier aerodynamischer Bedingungen für das erwähnte Axialleitgitter eine optimale Versorgung des hinter dem Radialverdichter liegenden Hauptlagers ermöglicht

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Demnach ist es möglich, bei beabsichtigter einwand-

ausgeprägte Verzögerung der Luftströmung erreicht werden können.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt oberhalb der horizontalen Längsmittelebene liegender Baugruppen eines Gasturbinentriebwerks,

F i g. 2 einen Längsschnitt unterhalb der horizontalen

genannten »DCA-Profil« ein »Double-Circular-Arc-Profil«, also ein Doppelkreisbogenprofil für subsonische oder transsonische Strömungen zu verstehen ist; unter einem sogenannten »NACA-Profil« versteht man von der NACA entwickelte Profilreihen, meist für subsoni- s sehe Strömungen.

Es sei weiter vermerkt, daß die zu den jeweiligen Schaufelgruppen gehörigen Leitschaufeln 26, 27 des Axialleitgitters 4 mit den beiden Schalenteilen 22, 22' der Lagerschale verlötet oder verschweißt werden können, wodurch gleichzeitig die beiden Teile 22, 22' der Lagerschale unlösbar miteinander verbunden sind.

Hierbei wäre darauf zu achten, daß jeweils eine große hohle Leitschaufel 27 einer Schaufelgruppe genau über einem als Versorgungskanal 24 ausgebildeten Abschnitt der Lagerschale liegen sollte (F i g. 2).

Sofern nicht besondere Gesichtspunkte, wie z. B. extremer Leichtbau, im Vordergrund stehen, können die beiden Schalenteile 22,22' der Lagerschale als Gußteile gestaltet sein, bei denen die Versorgungsleitungen 24 in die Gußteile integriert sind, also z. B. in Form eingegossener Leitungen.

In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, kann dem Radialverdichter nach F i g. 1 und 2 gegebenenfalls ein mehrstufiger Axialverdichter vorgeschaltet sein, der von einer der Verdichterantriebsturbine 11 nachgeschalteten, mechanisch unabhängigen Nutzturbine antreibbar ist, wobei die Welle der Nutzturbine zum Antrieb des Axialverdichters durch eine als Hohlwelle ausgebildete Gaserzeugerwelle hindurchgeführt werden könnte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

1 2 lierung dieses zweiten Leitgitters entspricht etwa der Patentansprüche: Profilierung eines Austrittsleitgitters bei hochbelasteten Axialverdichtern.

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Radialver- Ist es aufgrund der Maschinenkonzeption notwendig,

dichter und einem diesem nachgeschalteten Radial- s ein Hauptlager unmittelbar hinter dem Radialverdichter diffusor, aus dem die Verdichterluftströmung über anzuordnen — was häufig aus Wirkungsgrad- und Beeinen im wesentlichen um 90° abgewinkelten Krüm- triebsverhaltensgründen wünschenswert ist —, so müsmer in axialer Richtung abgelenkt und in einem vor sen sämtliche Versorgungsleitungen für das Lager der Brennkammer angeordneten Axialleitgitter wei- (Frischöl, Rücköl, Sperrluft und gegebenenfalls die Lagter verzögert wird, wobei unmittelbar hinter dem io erkammerentlüftung) durch den Strömungskanal geRadialverdichter ein Hauptlager des Gasgenerators führt werden. Hierbei ist es im allgemeinen nicht mögangeordnet ist, gekennzeichnet durch fol- Hch, diese Versorgungsleitungen durch den radial durchgende Merkmale: strömten Teil des Leitapparates mit seinen dünnen, keil

förmigen Schaufeln zu führen. Eine Versorgung des La-

a) In an sich bekannter Weise ist dem Axialleitgit- 15 gers über frei verlegte Leitungen, die hinter dem axialen ter (4) zumindest eine, für die Lagerversorgung Leitgitter, den Strömungskanal durchdringen, bewirken hohle Leitschaufel (27) zugeordnet, die gegen- Strömungsungleichförmigkeiten, die im allgemeinen über den übrigen Leitschaufeln (26) deutlich sehr nachteilig für die hinter dem Verdichter angeordgrößer dimensioniert ist und mit einem Schau- neten Baugruppen, z. B. die Brennkammer eines Gasturfelabschnitt zwischen zwei benachbarten übri- 20 binentriebwerks, sind. Eine Versorgung des Lagers gen Leitschaufeln (26) liegt; durch die Schaufeln des axialen Teils der Leitvorrich-

b) die hohle Leitschaufel (27) weist eine gegenüber tung bedingt im allgemeinen ein Abweichen von der den übrigen kleinen Leitschaufeln (26) etwa Idealform der Gitterprofile. Erschwerend kommt hinzu, doppelte Profillänge auf, und ist mit jeweils et- daß immer eine Gruppe von Schaufeln für eine Funkwa 1/4 ihrer Profillänge die normale Gitterein- 25 tion, ζ. B. für den olablauf, benötigt werden, weil pro und Austrittsebene überkragend, zwischen zwei Gitterprofil nur wenig freier Querschnitt bereitgestellt angrenzenden übrigen Leitschaufeln (26) ange- werden kann. Gleichzeitig ist ein ungünstiges Verhältnis ordnet; von Umfangs- zu Querschnittsfläche der Teilkanäle ge-

c) die gesamte druck- und saugseitige Profilkrüm- geben, was insbesondere für die ölkanäle von großem mung der hohlen Leitschaufel (27) entspricht 30 Nachteil ist (hoher Wärmeübergang, Ölaufheizung). derjenigen der übrigen kleinen Leitschaufeln Das heißt aber, daß ein großer Aufwand für die Auftei-(26) unter Bereitstellung identischer Durch- lung der einzelnen Ströme in Teilströme getrieben werströmquerschnitte zwischen allen Leitschaufeln den muß; das anschließende Wiederzusammenführen (26,26 bzw. 26,27). der Teilströme in die jeweiligen Hauptströme erfordert

35 nochmals einen vergleichbar großen Aufwand.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, da- Bin der eingangs genannten Gattung (Oberbegriff des

durch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (26,27) Patentanspruchs 1) zugrunde liegendes Triebwerkskondes Axialleitgitters (4) mit einer doppelwandigen, zept ist aus der FR-PS 20 25 284 bekannt,
vorzugsweise als Gußstück gefertigten und als La- Weder aufgaben- noch lösungsgemäß vermittelt die-

gerträger des Hauptlagers (17) dienenden Schale (22, 40 se Druckschrift irgend einen greifbaren Hinweis bezüg-22') verschweißt oder verlötet sind, und zwar so, daß lieh einer geeigneten Hauptlagerversorgung und die jeweils eine große hohle Leitschaufel (27) einer insbesondere damit verknüpften aerodynamischen Schaufelgruppe genau über einem als Versorgungs- Konsequenzen hinsichtlich einer optimalen Axialleitgitkanal (24) ausgebildeten Abschnitt der Lagerschale tergestaltung.

liegt. 45 Aus der US-PS 37 04 075 ist es zwar bekannt, ein

stromabwärtig hinter der Verdichterturbine des Gaser-

zeugers eines Gasturbinentriebwerkes befindliches

Gasgeneratorhauptlager über mindestens eine hohle Leitschaufel des Eintrittsleitgitters einer nachgeschalte-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentrieb- 50 ten Nutzturbine zu versorgen. Dabei soll die betreffenwerk mit einem Radialverdichter und einem diesem de hohle Leitschaufel schon deutlich größer dimensionachgeschalteten Radialdiffusor, aus dem die Verdich- niert sein als die übrigen Leitschaufeln des Eintrittleitterluftströmung über einen im wesentlichen um 90° ab- gitters.

gewickelten Krümmer in axialer Richtung abgelenkt Im vorliegenden bekannten Fall soll allerdings die

und in einem vor der Brennkammer angeordneten Axi- 55 betreffende hohle Leit- bzw. Stützschaufel ausnahmslos alleitgitter weiter verzögert wird, wobei unmittelbar mit einem Schwanzstück innerhalb der Profilgeometrie hinter dem Radialverdichter ein Hauptlager des Gasge- zwischen zwei kleinen Leitschaufeln angeordnet sein. Es nerators angeordnet ist. werden dabei zwar annähernd gleiche geometrische

Hochbelastete Radialverdichter von Gasturbinen- Abmessungen im gemeinsamen Gitterverbund erzielt, triebwerken sind üblicherweise mit zwei Leitvorrich- 60 Die betreffende hohle Leitschaufel soll hierbei jedoch tungen ausgestattet, die einen möglichst großen Anteil mit dem wesentlichen Teil ihres von den kleinen Leitdes dynamischen Druckes hinter dem Laufrad durch schaufeln abweichend gestalteten Profils (etwa 2/3 der Verzögerung der Strömung in statischen Druck umset- Gesamtprofillänge) axparallel umströmt, vor a°.r gezen sollen. Nach einem ersten, radial durchströmten meinsamen Gittereintrittsebene angeordnet sein; mit Gitter, das häufig mit keilförmigen Schaufeln ausgerü- 65 anderen Worten folgt hieraus, daß die von der übrigen stet ist, wird insbesondere bei Gasturbinen die Strö- Gitteranströmung zu den kleinen Leitschaufeln abweimung um 90° umgelenkt und dann in einem zweiten, chenden aerodynamischen Verhältnisse aus der betrefaxial durchströmten Gitter weiter verzögert. Die Profi- fenden Leit- bzw. Stützschaufelgeometrie zu einer aero-