DE3309812C2 - Äußeres Gehäuse für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein äußeres Gehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solches Gehäuse ist aus der DE-OS 25 56 519 bekannt, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk hat einen Fanabschnitt, einen Verdichtungsabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Ein ringförmiger Strömungsweg für Arbeitsgase erstreckt sich axial durch diese Abschnitte. Wenn die Arbeitsgase durch den Strömungsweg strömen, werden sie in dem Fan- und dem Verdichtungsabschnitt unter Druck gesetzt und in dem Verbrennungsabschnitt mit Brennstoff verbrannt, wobei sie Energie aufnehmen. Die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase expandieren in dem Turbinenabschnitt, um nutzbare Arbeit zum Unter-Druck-setzen der Gase in dem Fan- und dem Ver­ dichtungsabschnitt und Schub für den Vortrieb des Gastur­ binentriebwerks zu erzeugen.

Der Turbinenabschnitt des Triebwerks hat ein äußeres Gehäuse, das den Strömungsweg umschließt. Kränze von Leitschaufeln erstrecken sich von dem äußeren Gehäuse nach innen über den Strömungsweg zum Leiten der Arbeitsgase. Kränze von Leitschaufeln, die an einem Rotor befestigt sind, erstrecken sich nach außen über den Strömungsweg, um den Arbeitsgasen Arbeit zu entziehen, wenn diese durch den Strömungsweg strömen. Eine äußere Gasabdichtung an jedem Laufschaufelkranz ist an dem äußeren Gehäuse abgestützt und befestigt. Die äußere Gasabdichtung umschließt die Spitzen der Laufschaufeln und weist engen Abstand von diesen auf, um die Arbeitsgase auf den Strömungsweg zu beschränken, wenn die Gase durch die Lauf­ schaufelkränze hindurchgehen.

Im Idealfall würde kein Spalt zwischen den Laufschaufeln und der äußeren Gasabdichtung vorhanden sein. Die Spitzen der Laufschaufeln bewegen sich jedoch bei Erwärmung durch die Arbeitsgase und durch Drehkräfte, wenn sie durch die heißen, unter hohem Druck stehenden Arbeitsgase um ihre Drehachse angetrieben werden, nach außen zu der äußeren Gasabdichtung. Das äußere Gehäuse, das die äußere Gasabdichtung um den Kranz von Laufschaufeln festhält, ist keinen Drehkräften ausgesetzt und ist von dem Strömungsweg weiter entfernt als die Laufschaufeln, die von den heißen Gasen umströmt sind. Das Ergebnis sind Differenzen im Wachstum zwischen den Laufschaufeln und dem äußeren Gehäuse. Ein Spalt muß zwischen der durch das Gehäuse gehaltenen äußeren Gasabdichtung und den Laufschaufeln vorhanden sein, damit eine zerstörerische Berührung zwischen den Laufschaufeln und der Gasabdichtung während transienten Betriebszuständen vermieden wird. Der Spalt ist erwünschtermaßen groß genug, um die maximalen Differen­ zen im thermischen Wachstum zwischen dem Rotor und der äußeren Gasabdichtung aufnehmen zu können, und klein genug, um eine nachteilige Leckage von Arbeitsgasen zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und der äußeren Gasabdichtung zu minimieren.

In modernen Triebwerken ist das äußere Gehäuse, das die äußere Gasabdichtung trägt, kühlbar, damit der Durchmesser des Gehäuses und somit der radiale Spalt zwischen dem Kranz von Laufschaufeln und der äußeren Gasabdichtung veränderbar ist. Beispiele solcher Konstruktionen zeigen die US-PS 40 19 320, 42 47 248 und 42 79 123. Bei diesen bekannten Konstruktionen erstrecken sich kühlbare Rippen in Umfangsrichtung um die Außenseite des äußeren Gehäuses.

Unter Druck gesetzte Kühlluft wird für diesen Zweck von der Rückseite des Verdichtungsabschnitts oder des Fanabschnitts des Triebwerks zu mehreren Sprührohren geleitet. Die unter Druck stehende Kühlluft tritt aus den Sprührohren aus und prallt auf das äußere Gehäuse des Triebwerks, um die Temperatur des Gehäuses zu ändern. Der Durchmesser des äußeren Gehäuses wird kleiner, so daß auch die durch das äußere Gehäuse gehaltene äußere Gasabdichtung einen kleineren Durchmesser erhält. Das Spitzenspiel zwischen dem Kranz von Laufschaufeln und der äußeren Gasabdichtung wird kleiner, wodurch der Turbinenwirkungsgrad größer wird.

Eine Vergrößerung des Turbinenwirkungsgrads führt zwar zu einer größeren Triebwerksleistung, die Leistungszunahme wird jedoch durch die Verwendung von Kühlluft verringert. In dem Gasturbinentriebwerk wird Energie benutzt, um die Kühlluft unter Druck zu setzen, d. h. es wird Energie benutzt, die sonst zum Vortrieb benutzt werden könnte. Jede Verringerung der Menge an Kühlluft, die benötigt wird, um das äußere Gehäuse zu positionieren, verringert die Leistungseinbuße, die durch die für das Unter-Druck-setzen aufgewendete Arbeit verursacht wird. Darüber hinaus ist es erwünscht, die Ansprechzeit der äußeren Gasabdichtung auf das Kühlen des äußeren Gehäuses zu vergrößern, um der Turbine zu gestatten, schnell den gewünschten Wert des Turbinenwirkungsgrads zu erreichen.

Bei dem äußeren Gehäuse, das aus der eingangs bereits erwähnten DE-OS 25 56 519 bekannt ist, ist ebenso wie bei einem äußeren Gehäuse, das aus der US-PS 43 63 599 bekannt ist, das Profilteil, welches die äußere Gasabdichtung umgibt, unmittelbar über eine Schraubverbindung an einem be­ nachbartem Teil des äußeren Gehäuses befestigt. Solche Schraubverbindungen sprechen sehr schlecht auf die Kühl­ luftzufuhr an und verzögern demgemäß das Ansprechen der äußeren Gasabdichtung an den Laufschaufeln auf die Kühlung des äußeren Gehäuses. Im übrigen haben bei dem äußeren Gehäuse nach der US-PS 43 63 599 die Flansche innere Kanäle für Kühlluft und werden außen überhaupt nicht gekühlt. Diese bekannte Konstruktion ist daher sehr massiv und dürfte auch selbst auf die Kühlung sehr träge ansprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein äußeres Gehäuse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß das Profilteil und deshalb die an diesem angebrachte äußere Gasabdichtung für die Laufschaufeln rascher auf die Kühlung des äußeren Gehäuses anspricht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Pa­ tentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wesentlich ist bei dem äußeren Gehäuse nach der Erfindung, daß das Profilteil, welches die äußere Gasabdichtung für die Laufschaufeln umgibt, nicht unmittelbar über eine Schraubverbindung an benachbarte Teile des äußeren Gehäuses angeschlossen ist. Vielmehr ist bei dem äußeren Gehäuse nach der Erfindung das Profilteil axial beidseitig durch dünnwandige Abschnitte von den benachbarten Gehäuseteilen und den an letzteren vorgesehenen Schraubverbindungen getrennt. Das ermöglicht ein rascheres Ansprechen des Profilteils und demgemäß der äußeren Gasabdichtung auf die Kühlung des äußeren Gehäuses. Das raschere Ansprechen der äußeren Gasabdichtung wird bei dem äußeren Gehäuse der Erfindung ferner dadurch erzielt, daß keine der Rippen des Profilteils als Flansch ausgebildet oder Teil von Flanschverbindungen zwischen verschiedenen Gehäuseteilen ist. Zu diesem Zweck sind bei dem äußeren Gehäuse nach der Erfindung auf beiden Seiten des Profilteils die dünnwandigen Abschnitte vorgesehen, welche die stromaufwärtige und strombwärtige Rippe mit dem stromaufwärtigen bzw. stromab­ wärtigen Flansch verbinden. Das Profilteil hat deshalb bei dem äußeren Gehäuse nach der Erfindung auf beiden Seiten axialen Abstand von den Flanschverbindungen zwischen be­ nachbarten Gehäuseteilen. Die Steifigkeit, die bei dem be­ kannten äußeren Gehäuse nach der DE-OS 25 56 519 durch die direkte Flanschverbindung des Profilteils vorhanden ist und das Profilteil steif macht, wird bei dem äußeren Gehäuse nach der Erfindung durch die beidseitige, freitragende elastische Aufhängung des Profilteils zwischen dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen Flansch vermieden.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist der Triebwerkswirkungsgrad, der sich aus der Menge an Kühlluft ergibt, die zum Steuern des Durchmessers des Profilteils erforderlich ist, und die Ansprechzeit des Profilteils auf die Kühlluft, die sich daraus ergibt, daß das Profilteil an den Flanschen abgestützt ist. Ein besonderer Vorteil ist die Menge an Kühlluft, die für das Profilteil erforderlich ist, und die Ansprechzeit des Profilteils, die sich daraus ergibt, daß das Profilteil die Möglichkeit hat, sich unabhängig von einem benachbarten Kranz von Leitschaufeln zu bewegen. Ein weiterer Vorteil ist die Konzentrizität der äußeren Gasabdichtung in bezug auf die Laufschaufeln, die sich aufgrund des axialen Teils des Profilteils ergibt, welcher die Rippen des Profilteils zwingt, sich in bezug auf die Drehachse konzentrisch zu bewegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unter­ ansprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Turbofan- Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Teils des Verbrennungsabschnitts und des Turbinenabschnitts des in Fig. 1 ge­ zeigten Triebwerks, und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Ver­ brennungsabschnitts und des Turbinen­ abschnitts, die in Fig. 2 gezeigt sind.

Fig. 1 zeigt ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk. Das Triebwerk hat eine Drehachse Ad. Die Hauptabschnitte des Triebwerks sind ein Fanabschnitt 10, ein Verdichtungsabschnitt 12, ein Ver­ brennungsabschnitt 14 und ein Turbinenabschnitt 16. Ein Stator 18 erstreckt sich axial durch das Triebwerk. Der Stator hat ein äußeres Gehäuse 20. Ein kühlbares Profilteil 22 erstreckt sich außen und in Umfangsrichtung um das äußere Gehäuse 20. Eine Leitung 24 für Kühlluft erstreckt sich von der Rückseite des Fan­ abschnitts 10 des Triebwerks aus. Mehrere Sprührohre 26, die an die Leitung 24 angeschlossen sind, erstrecken sich in Um­ fangsrichtung um das äußere Gehäuse 20 und weisen Abstand von dem Profilteil 22 auf. Jedes Sprührohr 26 hat mehrere Löcher 27, über die Kühlluft zu einem benachbarten Profilteil 22 geleitet wird.

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht eines Teils des Ver­ brennungsabschnitts 14 und des Turbinenabschnitts 16 des Triebwerks. Ein Rotor 28 und ein ringförmiger Strömungsweg 30 für Arbeitsgase erstrecken sich axial durch das Triebwerk. Der Rotor 28 hat Kränze von Laufschaufeln 32. Jede Laufschaufel hat eine Spitze 34. Jeder Kranz von Lauf­ schaufeln 32 erstreckt sich durch den Strömungs­ weg 30 nach außen bis in die Nähe des äußeren Gehäuses 20 des Stators 18. Der Verbrennungsabschnitt 14 hat eine innere Flammrohrwand 36 und eine äußere Flammrohrwand 38, die stromaufwärts des Rotors 28 angeordnet sind. Von jeder Flammrohrwand ist nur ein Teil dargestellt. Die innere und äußere Flammrohrwand 36, 38 er­ strecken sich in Umfangsrichtung um die Drehachse Ad und haben gegenseitigen radialen Abstand, so daß zwischen ihnen eine ringförmige Brennkammer 40 verbleibt. Die äußere Flammrohrwand 38 ist mit radialem Abstand von einem äußeren Gehäuse 20 an­ geordnet, so daß ein ringförmiger Durchlaß 42 für Kühlluft zwischen ihnen vorhanden ist.

Das äußere Gehäuse 20 hat drei sich axial erstreckende Gehäuseteile: einen ersten Gehäuseteil 48 (das Hochdruckturbinengehäuse); einen zweiten Gehäuseteil 46 (das Diffusorgehäuse); und einen dritten Gehäuseteil 50 (das Niederdruckturbinengehäuse). Jeder Gehäuseteil hat einen stromaufwärtigen Flansch 52b und einen stromabwärtigen Flansch 54b. Jeder Flansch hat mehrere Löcher 56. Benachbarte Flansche, eine Mutter und eine Schraube in jedem Loch bilden eine stromaufwärtige Flanschverbindung 58 zwischen dem zweiten Gehäuseteil 46 und dem ersten Gehäuseteil 48. Eine stromabwärtige Flanschverbindung 60 verbindet den ersten Gehäuseteil 48 und den dritten Gehäuseteil 50.

Ein Kranz von Leitschaufeln 61, bei dem es sich hier um die Leitschaufeln der ersten Stufe handelt, ist radial einwärts von dem ersten Gehäuseteil 48 angeordnet und erstreckt sich nach innen über den Strömungsweg 30. Eine Vorrichtung ist vorgesehen zum Abstützen des Leitschaufel­ kranzes an dem ersten Gehäuseteil 48. Diese Vorrichtung ist ein ringförmiges Element 62, das sich von dem äußeren Gehäuse 20 aus axial und radial nach innen erstreckt und die Leitschaufeln 61 freitragend an dem äußeren Gehäuse ab­ stützt. Das ringförmige Element 62 hat einen ringförmigen Flansch 64, einen zylindrischen Teil 66 und einen kegel­ stumpfförmigen Teil 68. Der kegelstumpfförmige Teil 68 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Drehachse Ad und nimmt den sich nach außen erstreckenden Teil 70 jeder Leitschaufeln 61 auf. Der zylindrische Teil 66 des ringförmigen Elements 62 ist an dem kegelstumpfförmigen Teil 68 und an dem ringförmigen Flansch 64 angeformt. Über den ringförmigen Flansch 64 ist das ringförmige Teil 66 mit dem zweiten Gehäuseteil 46 und dem ersten Gehäuseteil 48 an der stromaufwärtigen Flanschverbindung 58 verbunden. Eine ringförmige Feder 72 erstreckt sich zwi­ schen dem ringförmigen Element 62 und benachbarten Elementen 74, die sich von dem äußeren Gehäuse 20 aus nach innen er­ strecken. Die ringförmige Feder 72 liegt an den benachbarten Elementen 74 verschiebbar an, so daß diese sich gegenüber der ringförmigen Feder und dem ringförmigen Element 62 radial bewegen können.

Die benachbarten Elemente 74 sind eine äußere Gasabdichtung 76, das Profilteil 22 des äußeren Gehäuses 20 und eine Vorrichtung 78 zum Befestigen der äußeren Gasabdichtung an dem Profilteil 22. Die äußere Gasabdichtung 76 besteht aus mehreren sich umfangsmäßig erstreckenden Segmenten 80. Jedes Segment 80 hat ein stromaufwärtiges Ende 82 un ein stromabwärtiges Ende 84 und ist durch einen radialen Spalt G von dem Lauf­ schaufelkranz getrennt. Die Vorrichtung 78 zum Befestigen der äußeren Gasabdichtung 76 an dem Profilteil 22 umfaßt einen stromaufwärtigen Flansch 86, eine in Segmente geteilte stromaufwärtige Tagvorrichtung 88, die mit dem stromaufwärtigen Flansch 86 verbunden ist, einen stromab­ wärtigen Flansch 90 und eine in Segmente geteilte strom­ abwärtige Tragvorrichtung 92, die mit dem stromabwärtigen Flansch 90 verbunden ist. Das Profilteil 22 hat eine stromaufwärtige Rippe 94, einen ringförmigen Steg 96 und eine stromabwärtige Rippe 98 in axialem Abstand von der stromaufwärtigen Rippe 94. Die stromaufwärtige Rippe 94 und die stromabwärtige Rippe 98 sind an dem ringförmigen Element 62 angeformt. Das Profilteil 62 hat eine axiale Länge L_r.

Eine Vorrichtung 100 zum Abstützen des Profilteils 22 an dem stromaufwärtigen Flansch 52b und den dem stromabwärtigen Flansch 54b ermöglicht dem Profilteil, sich in bezug auf diese beiden Flansche radial zu bewegen, wenn sich die Temperatur des Profilteils ändert. Die Vorrichtung 100 umfaßt zum Abstützen des Profilteils 22 eine stromaufwärtigen Abschnitt 102 des äußeren Gehäuses 20 und einen stromabwärtigen Abschnitt 104 des äußeren Gehäuses 20. Der stromaufwärtige Abschnitt 102 erstreckt sich zwischen dem Profilteil 22 und dem stromaufwärtigen Flansch 52b. Der stromaufwärtige Abchnitt 102 ist an dem stromaufwärtigen Flansch 52b und an der stromaufwärtigen Rippe 94 angeformt, d. h. mit diesen integral verbunden. Der stromaufwärtige Flansch 52b könnte konisch in den stromaufwärtigen Abschnitt 102 übergehen, wie es durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Der stromaufwärtige Abschnitt 102 hat eine axiale Länge L₁, die gleich der Hälfte oder größer als die Hälfte der axialen Länge L_r des Profilteils 22 ist. Der stromaufwärtige Ab­ schnitt 102 hat eine Mindestquerschnittsfläche A₁, die kleiner ist als die Mindestquerschnittsfläche A_r des ringförmigen Steges 96 des Pro­ filteils 22. Der stromabwärtige Abschnitt 104 erstreckt sich zwischen dem Profilteil 22 und dem stromabwärtigen Flansch 54b. Der stromabwärtige Ab­ schnitt 104 ist an dem stromabwärtigen Flansch 54b und an der stromabwärtigen Rippe 98 angeformt. Der stromabwärtige Abschnitt 104 hat eine axiale Länge L₂, die gleich der Hälfte oder größer als die Hälfte der axialen Länge L_r des Profilteils 22 ist, und eine Mindestquerschnittsfläche A₂, die kleiner ist als die Mindestquerschnittsfläche A_r des Profilteils 22. In der gezeigten Ausführungsform hat der stromaufwärtige Abschnitt 102 eine Dicke t₁, der stromabwärtige Abschnitt 104 hat eine Dicke t₂, und das Profilteil 22 hat eine Mindestdicke t_r. Die Dicke t₁ und die Mindestquerschnittsfläche A₁ des stromaufwärtigen Abschnitts 102 und die Dicke t₂ und die Mindestquerschnittsfläche A₂ des stromabwärtigen Abschnitts 104 sind kleiner als die Hälfte oder gleich der Hälfte der Dicke t_r bzw. der Mindestquerschnittsfläche A_r des Profilteils 22, d. h. t₁, t₂[t_r/2]; A₁, A₂[A_r/2].

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des äußeren Gehäuses 20, das ein erstes kühlbares Profilteil 22 wie in Fig. 2 hat. Darüber hinaus hat die andere Ausführungsform des äußeren Gehäuses 20 ein zweites kühlbares Profilteil 222, das an dem stromabwärtigen Flansch 546 angeformt ist. Der stromabwärtige Abschnitt 104 ist an dem zweiten kühlbaren Profilteil 222 und an dem ersten kühlbaren Profilteil 22 über einen ringförmigen Steg 196 angeformt. Gemäß den Fig. 2 und 3 haben der stromaufwärtige Abschnitt 102 und der stromabwärtige Abschnitt 104 eine axiale Länge, die größer als die Hälfte oder gleich der Hälfte der axialen Länge des ersten kühlbaren Profilteils 22 ist, und eine Querschnittsfläche, die kleiner als die Querschnittsfläche sowohl des ersten kühlbaren Profilteils 22 als auch des zweiten kühlbaren Profilteils 222 ist.

Im Betrieb des Gasturbinentriebwerks wird in der ringförmigen Brennkammer 40 des Verbrennungsabschnitts 14 Brennstoff mit Luft vermischt. Der Brennstoff wird in der Brennkammer 40 verbrannt, um Arbeitsgasen Energie in Form von Wärme zuzuführen. Die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck ausweisenden Arbeitsgase werden aus dem Verbrennungsabschnitt 14 abgegeben und in dem Turbinenab­ schnitt 16 ausgedehnt, um an den Laufschaufeln 32 Arbeit zu verrichten. Wenn die Arbeitsgase auf dem ringförmigen Strömungsweg 30 durch den Turbinenabschnitt 16 hindurchgehen, umströmen sie die Kränze von Leitschaufeln 61 und die Kränze von Laufschaufeln 32. Wärme wird von den heißen Arbeitsgasen auf die Leitschaufeln 61 und Laufschaufeln 32 übertragen. Wenn sich die Laufschaufeln 32 um die Drehachse Ad drehen und durch die Arbeitsgase erhitzt werden, bewegen sie sich schnell nach außen zu dem sie umgebenden Kranz von Segmenten der äußeren Gasabdichtung 76. Das Profilteil 22 des äußeren Gehäuses 20, das die äußere Gasabdichtung 76 trägt und positioniert, ist nicht in unmittelbarer Nähe des Strömungsweges 30 und ist von den heißen Arbeits­ gasen durch Kühlluft getrennt, die durch den Durchlaß 42 strömt. Das Profilteil 22 spricht langsamer als die Laufschaufeln 32 auf Temperaturänderungen an und ist Drehkräften überhaupt nicht ausgesetzt.

Während eines transienten Betriebes, wie beispielsweise einer plötzlichen Zunahme der Leistung bei einem Start des Flugzeuges in Meereshöhe, wird der Spalt G kleiner, da sich die Spitzen der Laufschaufeln 32 schnell nach außen zu der äußeren Gasabdichtung 76 bewegen. Der Spalt G zwischen der äußeren Gasabdichtung 76 und den Laufschaufeln 32 ist groß genug, um die Differenz im transienten Wachstum zwischen diesen, das dazu führt, daß sich die Laufschaufeln 32 in bezug auf die äußere Gasabdichtung nach außen bewegen, aufzunehmen. Wenn das Triebwerk einen stationären Betriebs­ zustand erreicht, beispielsweise den Reiseflugzustand, steigt die Temperatur des Profilteils 22 an, was dazu führt, daß sich die Rippen 94, 98 ausdehnen, wodurch der Spalt G zwischen der äußeren Gasabdichtung und den Spitzen 34 der Laufschaufeln 32 größer wird. Kühlluft wird durch die Lei­ tung 24 geleitet, tritt aus den Sprührohren 26 aus und prallt auf das Profilteil 22. Dieses Kühlen bewirkt, daß sich das Profilteil 22 zusammenzieht und die äußere Gasabdichtung 76 in bezug auf die Laufschaufeln 32 nach innen bewegt, wodurch der Spalt G und die Menge an Arbeitsgasen, die zwischen den Spitzen 34 der Laufschaufeln 32 und der äußeren Gasabdichtung 76 hindurchströmt, kleiner werden.

Die Steigerung des Wirkungsgrades, die sich, wie weiter oben erläutert, aus der Verringerung der Leckage zwischen den Spitzen 34 der Laufschaufeln 32 und der äußeren Gasabdichtung 76 ergibt, wird in gewissem Ausmaß durch die Arbeit aufgewogen, die erforderlich ist, um die Kühlluft zum Kühlen des Profilteils 22 unter Druck zu setzen. Die Menge an Kühlluft, die erforderlich ist, um das Profilteil 22 zu kühlen, und das Ausmaß an Zeit, das erforderlich ist, um das Profilteil 22 bei einer gegebenen Kühlluftströmung zu kühlen (Ansprechzeit), ist proportional zu der Wärmemenge, die während des Kühlens durch die Kühlluft aus dem Strömungsweg 30 in das Profilteil 22 geleitet wird, und zu der Masse sowie der spezifischen Wärme (Wärmekapazität) des Profil­ teils 22.

Die Masse des Profilteils 22 wird so gewählt, daß eine ausreichende Druckkraft ausgeübt wird, um den Widerstand der Flansche 52b, 54b, der in Segmente geteilten Tragvorrichtungen 88, 92, der benach­ barten Teile des äußeren Gehäuses 20 und der in Segmente geteilten äußeren Gasdichtung 76 zu überwinden und die äußere Gasdichtung zu den Laufschaufeln 32 zu bewegen, ohne die zulässige Beanspruchung in dem Profilteil zu überschreiten. Das Vermeiden einer geschraubten Verbindung an dem Profilteil 22 vermeidet die Spannungskonzentrationen, die sich aus dem Vorhandensein von Durchgangslöchern in den Flanschen 52b, 54b und der Masse der Schrauben ergeben würden. Die Masse des Profilteils 22 ist im Vergleich zu Konstruk­ tionen, bei denen eine geschraubte Verbindung an dem Profilteil vorhanden ist, geringer. Die geringere Masse verringert die Menge an Kühlluft, die erforderlich ist, um das Profilteil nach innen zu bewegen, und verkürzt die Ansprechzeit zum Schließen des Spalts G.

Die Querschnittsfläche und die Länge des stromaufwärtigen Abschnitts 102 und des stromabwärtigen Abschnitts 104 des ersten Gehäuseteils 48 minimieren den Widerstand dieser Abschnitte des äußeren Gehäuses 20 gegen die Druckkraft, die durch das Profilteil 22 ausgeübt wird, wenn diese sich zusammenzieht. Weil die Masse des Profilteils 22 proportional zu den Kräften ist, die das Profilteil 22 ausüben muß, wird durch das Minimieren des Widerstands dieser Abschnitte gegen die Bewegung der Rippen 94, 98 die Masse der Rippen minimiert und die Menge an erforderlicher Kühlluft sowie die Ansprechzeit zum Schließen des Spalts G verringert.

Das ringförmige Element 62 zum Abstützen des umfangsmäßig in Segmente geteilten Kranzes von Leitschaufeln 61 ist in axialem Abstand von den benachbarten Elementen 74 angeordnet, und die Umfangsfläche für die Befestigung des ringförmigen Flansches 64 des ringförmigen Elements 62 an dem äußeren Gehäuse 20 hat axialen Abstand von dem Profilteil 22, so daß das ringförmige Element 62 von dem Profilteil 22 getrennt ist. Durch diese Trennung wird vermieden, daß das Profilteil 22 eine Kraft auf das ringförmige Element 62 zum Abstützen der Leitschaufeln 61 ausüben muß, wenn das Profilteil 22 den Kranz der äußeren Gasabdichtung 76 nach innen bewegt. Darüber hinaus werden die Leitschaufeln 61 durch die Arbeitsgase erhitzt. Wärme wird von den Leitschaufeln 61 auf das ringförmige Element 62 übertragen. Die Trennung des ringförmigen Elements 62 von den benachbarten Elementen 74 und insbesondere von dem Profilteil 22 blockiert die Wärmeübertragung von den Leitschaufeln 61 auf das Profilteil 22. Weil die Wärmemenge im Vergleich zu Konstruktionen, bei denen der Kranz der Leitschaufeln 61 der ersten Stufe an dem stromaufwärtigen Flansch 52b befestigt ist, geringer ist, ist zum Kühlen des Profilteils 22 weniger Kühlluft erforderlich. Demgemäß wird der Triebwerks­ wirkungsgrad nicht nur durch Verringern der Menge an Kühlluft verringert, die erforderlich ist, um die Rippen 94, 98 zu veranlassen, die erforderliche Kraft zum Überwinden der Widerstandskraft gegen das Positionieren der äußeren Gas­ abdichtung 76 auszuüben, sondern auch durch das Verlängern der Ansprechzeit des Profilteils 22 durch Verringern der Wärmemenge, die aus dem Profilteil 22 entfernt werden muß, um einen bestimmten Temperaturwert in dem Profilteil zu erzielen.

Die Konzentrizität der äußeren Gasabdichtung 76 in bezug auf die Spitzen 34 des Kranzes von Laufschaufeln 32 und in bezug auf die Drehachse Ad wird durch den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Abschnitt 102, 104 aufrechterhalten, die das Profilteil 22 in bezug auf die Drehachse axial und radial positionieren und dabei relatives radiales Wachstum in bezug auf die Flanschverbindungen 58, 60 gestatten. Die Steifigkeit des Profilteils 22, die sich durch die U-Profilkonfiguration des Profilteils im Vergleich zu der Biegsamkeit des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Abschnitts 102 bzw. 104 ergibt, ermöglicht den beiden Rippen 94, 98, ihre Wirkung gemeinsam zu entfalten, und verringert jedwede Neigung zur Un­ rundheit, die durch örtliche Veränderungen in der Erwärmung von benachbarten Teilen des äußeren Gehäuses 20 verur­ sacht würde.

Die andere Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, hat dieselben Merkmale und Vorteile wie die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform. In der anderen Ausführungsform dient der stromabwärtige Abschnitt 104 in Zusammenwirkung mit dem stromaufwärtigen Ab­ schnitt 102 zum Abstützen und Positionieren des Profilteils 22 durch Übertragung von Kräften auf die Flansch­ verbindung 60 über das zweite kühlbare Profilteil 222.

Claims (6)

1. Äußeres Gehäuse für ein Gasturbinentriebwerk, mit einem ersten Gehäuseteil (48), mit einer äußeren Gasabdichtung (76), die die Spitzen (34) eines Kranzes von Laufschaufeln (32) umgibt, und mit einer Vorrichtung (78) zum Befestigen der äußeren Gasabdichtung (76) an dem ersten Gehäuseteil (48), der wenigstens ein kühlbares Profilteil (22) außerhalb der äußeren Gasabdichtung (76) hat, welches sich in Umfangsrichtung um diese erstreckt, und einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Flansch (52b, 54b) zum Be­ festigen des ersten Gehäuseteils (48) an einem benachbarten zweiten bzw. dritten Gehäuseteil (46, 50), wobei der erste Gehäuseteil (48) einen stromaufwärtigen Abschnitt (102) hat, der mit dem Profilteil (22) einstückig ausgebildet ist und sich zwischen dem Profilteil (22) und dem stromaufwärtigen Flansch (52b) erstreckt, und wobei das Profilteil (22) eine stromaufwärtige Rippe (94), eine stromabwärtige Rippe (98), wobei letztere in axialem Abstand von der stromaufwärtigen Rippe (94) angeordnet ist, und einen ringförmigen Steg (96) aufweist, der sich in insgesamt axialer Richtung zwischen der stromaufwärtigen Rippe (94) und der stromabwärtigen Rippe (98) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseteil (48) einen stromabwärtigen Abschnitt (104) hat, der mit dem Profilteil (22) einstückig ausgebildet ist und sich zwischen dem Bereich des Profilteils (22) und dem stromabwärtigen Flansch (54b) erstreckt, und daß der stromaufwärtige Abschnitt (102) und der stromabwärtige Abschnitt (104) des ersten Gehäuseteils (48) eine Mindestquerschnittsfläche haben, die kleiner als die Mindestquerschnittsfläche des ringförmigen Steges (96) des Profilteils (22) ist, wobei allein der stromaufwärtige und der stromabwärtige Abschnitt (102, 104) das Profilteil in axialer und radialer Richtung an dem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Flansch (52b, 54b) abstützen und in radialer Richtung ela­ stisch verformbar sind.

2. Äußeres Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtige Rippe (94) eine größere Quer­ schnittsfläche als die stromabwärtige Rippe (98) hat.

3. Äußeres Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der stromabwärtige Abschnitt (104) mit dem stromabwärtigen Flansch (54b) einstückig ausgebildet ist.

4. Äußeres Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein zweites kühlbares Profilteil (222) vorgesehen ist, das an dem stromabwärtigen Flansch (54b) angeformt ist, daß der stromabwärtige Abschnitt (104) mit dem zweiten kühlbaren Profilteil (222) einstückig ausgebildet ist und daß der stromaufwärtige Abschnitt (102) und der stromabwärtige Abschnitt (104) eine Mindest­ querschnittsfläche haben, die kleiner als die Mindestquer­ schnittsfläche eines ringförmigen Steges (196) des zweiten kühlbaren Profilteils (222) ist.

5. Äußeres Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L₁) des stromaufwärtigen Abschnitts (102) und die Länge (L₂) des stromabwärtigen Abschnitts (104) größer als die Hälfte oder gleich der Hälfte der Länge (L_r) des wenigstens einen Profilteils (22) ist, d. h. L₁[L_r/2]; L₂[L_r/2].

6. Äußeres Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mindestquerschnittsfläche (A₁) des stromaufwärtigen Abschnitts (102) und die Min­ destquerschnittsfläche (A₂) des stromabwärtigen Abschnitts (104) kleiner als die Hälfte oder gleich der Hälfte der Mindestquerschnittsfläche (A_r) des ringförmigen Steges (96) des wenigstens einen Profilteils (22) ist, d. h. A₁ [A_r/2]; A₂[A_r/2].