DE69208168T2

DE69208168T2 - Hitzeschild für Turbinenmotoren

Info

Publication number: DE69208168T2
Application number: DE69208168T
Authority: DE
Inventors: John Raymond Hess; Larry Wayne Plemmons
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-07-08
Also published as: EP0522834A1; US5174714A; EP0522834B1; JPH06105053B2; CA2070440C; JPH05187262A; CA2070440A1; DE69208168D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermische Abschirmungen für den Einsatz in Gasturbinentriebwerken und insbesondere auf eine thermische Abschirmung zur thermischen Isolierung eines Turbinengehäuses von einer eine hohe Temperatur aufweisenden Fluidströmung.
Thermische Abschirmungen werden in Gasturbinentriebwerken eingesetzt, um bestimmte Strukturen gegenüber einem Umfeld mit aktiver Wärmeübertragung thermisch zu isolieren. Die Effektivität dieser Abschirmungen, die eine Kombination einer metallischen Stützschicht mit einer umschließenden isolationsartigen Decke nächst der Struktur sind, ist direkt davon abhängig, daß zwischen der Decke und der Struktur keine Spalte oder Kanäle vorhanden sind und daß die Decken ihre ursprüngliche Form beibehalten. Spalte oder Kanäle zwischen der Decke und der Struktur weisen ein inhärentes "Strömungsleck" auf. Lecks besitzen eine zugehörige Strömungsgeschwindigkeit, die einen nennenswerten Wärmeübertragungskoeffizienten erzeugen. Nach dem Stand der Technik hat man sich Problem beim Abdichten der Enden dieser thermischen oder Wärmabschirmungen gegenüber ausgesetzt gesehen. Spalte zwischen der Wärmeabschirmung und der Turbinenstruktur ermöglichen es dem erhitzten Fluid, über die Struktur, zu deren Schutz die Wärmeabdeckung eigentlich gedacht ist, zu strömen. Thermische Verformungen sowie die zwischen den Teilen geltenden Toleranzen gefährden die Möglichkeit der Wärmeabschirmung, als eine effektive Abdichtung zu wirken. Die meisten Wärmeabschirmungen, die in standardmäßigen Anwendungen von Turbinen/Kompressor-Konstruktionen benutzt werden, besitzen eine "innenseitige" radiale Einpassung ("inside" radial fit-up). Diese radiale Einpassung läßt sich im Übergangsbetrieb des Triebwerkes nicht wirksam steuern. Zusätzlich können Schwingungen der Triebwerksstruktur dazu führen, daß die phaserige Isolationsdecke schlechter wird und ihre Form verliert, wodurch ein Strömungspfad zwischen der Decke und der von der Decke isolierten Struktur entsteht.
Es besteht somit ein Bedarf für einen wirksamen Mechanismus zur Wärmeabschirmung, der die Auswirkungen von Leckstellen aufgrund von Lücken vermindert, der eine Turbinenstruktur besser gegenüber einer heißen Fluidströmung isoliert, und der eine gute Stabilität seiner Dimensionen unter Betriebsbedingungen eines Triebwerks aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen thermischen Abschirmungsmechanismus für ein Gasturbinentriebwerk anzugeben, der die obigen und/oder andere Nachteile von dem Stand der Technik bekannten thermischen Abschirmungen vermindert.
Die vorliegende Erfindung sieht gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Montieren eines Gasturbinentriebwerks vor, das ein Gehäuse aufweist, das teilweise wenigstens einen Kanal für die strömung von Kühlluft in dem Gehäuse bildet, wobei eine thermische Abschirmung mehrere benachbarte Honigwabenzellen aufweist, die jeweils ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende haben, wobei das Verfahren den Schritte enthält:
Verbinden der thermischen Abschirmung in einer thermischen isolierenden Relation mit dem Gehäuse in dem wenigstens einen Kanal und Anordnen der thermischen Abschirmung in Eingriff mit dem Gehäuse im allgemeinen um wenigstens einige der offenen Enden der Honigwabenzellen, wobei die thermische Abschirmung neben den geschlossenen Enden der Honigwabenzellen während des Verbindungsschrittes dem wenigstens einen Kanal ausgesetzt ist.
Nach einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Gasturbinentriebwerk vor enthaltend: ein Gehäuse, das teilweise wenigstens eine Kanaleinrichtung für die Strömung von Kühlluft in dem Gehäuse bildet, eine Einrichtung zum thermischen Isolieren des Gehäuses in der wenigstens einen Kanaleinrichtung, wobei die thermische Isoliereinrichtung mehrere im allgemeinen benachbarte Honigwabenzellen aufweist, die jeweils ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende haben, wobei die thermisch isolierende Einrichtung mit dem Gehäuse im allgemeinen um das offene Ende von wenigstens einigen der Honigwabenzellen in Eingriff ist und der wenigstens einen Kanaleinrichtung neben den geschlossenen Enden der Honigwabenzellen ausgesetzt ist.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine wirksame thermische Abschirmung zur thermischen Isolierung einer Gasturbinenstruktur hinsichtlich eines Umfeld mit aktiver Wärmeübertragung anzugeben und gleichzeitig eine Fluidströmung in irgendwelchen Spalten oder Lücken zu unterbinden, die zwischen der Struktur und der thermischen Abschirmung auftreten können.
Die thermische Abschirmung enthält eine honigwabenartige Struktur, die als Isolierplatte mit einer Vielzahl von in vorbestimmter Weise dimensionierten Zellen gebildet ist. Eine Stützplatte wird auf einer Oberfläche der Honigwabenplatte angebracht, so daß das eine Ende der Zellen verschlossen ist. Die Isolierplatten werden an ausgewählten Bereichen des Triebwerkgehäuses angebracht, und zwar mit den offenen Enden der Zellen dem Gehäuse zugewandt und wobei die Stützplatte eine Innenführung für die Strömung der Gase mit hoher Temperatur bildet. In einer Ausführungsform enthält die thermische Abschirmung mehrere am Umfang des Triebwerks angeordnete Isolierplatten in einer im allgemeinen aneinander angrenzenden gegenseitigen Anordnung, wobei die offenen Enden der Honigwabenzellen im allgemeinen gegen die zu schützende Gehäuseoberfläche gehalten sind. Beim Auftreten von Lücken bzw. Spalten zwischen den offenen Zellenden und der angrenzenden Gehäuseoberfläche werden Gase, die durch diese Lücken zu strömen versuchen, einem Strömungswiderstand von der durch die offenen Zellenden definierten unebenene Oberfläche ausgesetzt werden. Die Zellen sind in vorbestimmter Weise dimensioniert, um lokalisierte Strömungswirbel zur noch weiteren Behinderung einer Gasströmung durch die Lücke zu erzeugen. Da die Wärmeübertragungsrate mit der Strömungsgeschwindigkeit zusammenhängt, vermindert die Verlangsamung der Strömung durch die Lücke aufgrund des Wirbeleffekts den Aufheizeffekt der in jede solche Lücke eintretenden Gase.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung läßt sich besser verstehen unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte teilweise Querschnittsdarstellung eines beispielhaften Gasturbinentriebwerks;
Figur 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Wärmeabschirmung und Turbinenstruktur nach dem Stand der Technik;
Figur 3 eine vereinfachte schematische Darstellung der radialen Einpaß-Grenzfläche (fit-up interface) einer Turbinenstruktur und einer Wärmeabschirmung nach dem Stand der Technik;
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in ein Gasturbinentriebwerk eingebauten Wärmeabschirmung;
Figur 5 eine perspektivische Schnittdarstellung des Stützbleches und der Honigwabenzellenstruktur der Wärmeabschirmung nach der vorliegenden Erfindung; und
Figur 6 eine schematische Darstellung, in der die abgeschrägten (tapered) Enden des Rückenstreifens der Hitzeschildanordnung nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
Wenn auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, ist davon auszugehen, daß gleiche Bezugszeichen in allen jeweiligen Figuren identische oder entsprechende Teile bezeichnen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es wird zunächst auf Figur 1 Bezug genommen. Dort ist in teilweiser Querschnittsdarstellung ein exemplarisches Gasturbinentriebwerk 10 mit einem hohen Bypass-Verhältnis gezeigt, das einen mit 12 bezeichneten Rotorabschnitt des Triebwerks sowie einen mit 14 bezeichneten Stator- oder Fan-Abschnitt aufweist. Der Triebwerksabschnitt 12 kann als das Rotormodul angesprochen werden. Der Rotorabschnitt 12 des Triebwerks enthält eine Mitteldruck-Kompressor- oder Boosterstufe 16, eine Hochdruck-Kompressorstufe 18, eine Verbrennungsstufe 20, eine Hochdruck-Turbinenstufe 21 sowie eine Niederdruck-Turbinenstufe 22, die alle auf einer Mittellinie 23 des Triebwerks ausgerichtet sind. Das Triebwerk enthält weiterhin Bläser- bzw. Fan- Schaufeln 24 sowie eine Nabenhaube 28. Der Fan-Abschnitt 14 enthält die Fan-Verkleidung 27 sowie das Fan-Gehäuse 26. Die Fan-Verkleidung 27 umgibt das Fan-Gehäuse 26 und umschließt radial den Fan-Abschnitt des Triebwerks 10.
Die vor den Bläserschaufeln 24 angeordnete Bläser- Nabenhaube 28 steht in Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Rotorbaugruppe, die antriebsmäßig mit den Schaufeln 24 gekoppelt ist und von der Turbinenstufe 22 angetrieben wird. In Strömungsrichtung nach den Fan-Schaufeln 24 sind mehrere im Abstand über den Umfang verteilte Auslaßleitschaufeln oder Fan-Rahmenstreben 30 angeordnet, die Teil des Fan-Abschnitts 14 sind. Die Auslaßleitschaufeln 30 verbinden den Triebwerksabschnitt 12 mit dem Fan-Abschnitt des Triebwerks 10 und sorgen für eine strukturelle Abstützung. Am hinteren Ende des Triebwerks 10 ist die Primärdüse 33 angeordnet, die einen äußeren Teil 34 sowie einen inneren Teil 35 enthält. Die von der Turbinenstufe 22 angetriebene Fan-Welle 37 erstreckt sich durch das Triebwerk hindurch und ist in antriebsmäßiger Funktion mit der Boosterstufe 16 sowie den Bläserschaufeln 24 über die Fan-Rotor- Baugruppe gekoppelt. Der Triebwerksabschnitt 12 ist angeordnet in und wird gehalten von einem äußeren Gehäuse 38.
Beim Betrieb des Triebwerks 10 wird Luft durch die Fan-Schaufeln 24 in das Triebwerk hereingezogen und in zwei Stufen durch die Kompressorstufen 16 und 18 komprimiert. Die verdichtete Luft wird mindestens teilweise in die Verbrennungsstufe 20 geleitet, wo sie mit Brennstoff gemischt und entzündet wird, um einen Gasstrom mit hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Dieser Gasstrom wird in die Turbinenstufen 21, 22 gerichtet, wo er gegen die Turbinenlaufschaufeln in den jeweiligen Stufen trifft, um deren Drehung zu bewirken.
Nicht-drehbare oder stationäre Leitschaufeln wechseln sich ab mit den Leitschaufeln, um die Richtung des auf die Schaufeln auftreffenden Gasstromes zu steuern. Die Turbinenstufen treiben sodann die mit den Kompressorstufen und den Bläserschaufeln 24 verbundenen Wellen an.
Da sich der aus der Verbrennungsstufe 20 austretende Gasstrom auf einer relativ hohen Temperatur befindet, zum Beispiel 1093ºC (2000ºF) oder höher, ist es notwendig, ein Verfahren zum Kühlen mindestens einiger der Turbinenschauf eln und des benachbarten Aufbaus vorzusehen. Ein Verfahren zum Kühlen der Turbinenschaufeln besteht darin, die Schaufeln mit Hohikernen auszubilden, eine Vielzahl von kleinen die Schaufeln durchdringenden Löchern vorzusehen und dann Kühiluft unter Druck in die Schaufeln so einzuführen, daß sie aus den kleinen Löchern ausströmt und auf der Schaufeloberfläche einen Film zur Isolierung der Schaufel gegenüber dem heißen Gasstrom ausbildet. Die Laufschaufeln sind mit einer Rotorwelle verbunden und erstrecken sich radial nach außen. Die Leitschaufeln sind in radialer Richtung an ihren inneren radialen Enden und in axialer Richtung an ihren äußeren radialen Enden angrenzend an das Triebwerksgehäuse durch die Halterungsstruktur 44 gelagert. Demzufolge muß Kühlluft direkt am Gehäuse entlang geleitet werden, um die Füße der Leitschaufeln für die dort hinein erfolgende Einleitung zu erreichen. Da die Kühlluft einen ausreichenden Druck aufweisen muß, um trotz des mit hoher Energie über die Schaufeloberfläche strömenden Gasstroms aus den Schaufeln herausgetrieben zu werden, wird die Kühlluft von der Hochdruck-Kompressorstufe 18 abgezogen. Obwohl hier als "Kühlluft" angesprochen, sollte es klar sein, daß diese Luft eine Temperatur im Bereich von 480ºC bis 545ºC (900 bis 1000ºF) haben kann.
Ein Nachteil beim Einsatz einer solchen Kühlluft besteht darin, daß, wenn sie direkt am Triebwerksgehäuse entlangströmt, die Aufheizeffekte derart sind, daß sie Beanspruchungen und eine thermische Verformung des Gehäuses sowie der daran angebrachten Strukturen erzeugen. Eine solche Verformung ist unerwünscht, da sie das Spiel zwischen den Turbinenschaufeln und dem Gehäuse beeinträchtigt. Jede Änderung dieses Spiels beeinträchtigt die Turbinenleistung, indem sie einem Teil des Gasstroms erlaubt, die Schaufeln zu umgehen und damit nicht zur Arbeit für die Schaufelrotation beizutragen. Gasturbinentriebwerke sind deshalb im allgemeinen mit einer Form von Isolation ausgestattet, um das Triebwerksgehäuse gegen die Hochtemperatureffekte zu schützen, die von der an die Turbinenschaufeln gelieferten Kühlluft herrühren.
Die selben beschriebenen Effekte können ebenfalls in Kompressorstufen, zum Beispiel in Stufe 18, festgestellt werden, obwohl die Temperaturen geringer sein können als die in der Turbinenstufe. Als allgemeine Praxis werden benachbart zumindest einigen Kompressorstufen liegende Gehäusestrukturen ebenfalls isoliert, um eine thermische Verformung zu vermeiden.
Bezug nehmend auf Figur 2 ist eine vereinfachte vergrößerte Ansicht des Turbinenabschnitts eines Triebwerksgehäuses 38 benachbart zu einer stationären Schaufelreihe, angedeutet durch die Schaufel 40, gezeigt, deren in radialer Richtung inneres Ende abgeschnitten ist. Das in radialer Richtung äußere Ende der Schaufel 40 ist angebracht an und gehaltert von einer ringförmigen Düsenstruktur 42, die eine äußere Strömungspfadbegrenzung für die Strömung durch die Turbine bildet. Wegen thermischer Unterschiede und Schwingungen ist es nicht wünschenswert, die Düsenstruktur 42 fest an dem Gehäuse 38 oder an den mit dem Gehäuse verbundenen Strukturelementen 44 anzubringen. Stattdessen sind mehrere blattfederartige Teile 41 sowie ein federartiges Teil 43 mit einem im allgemeinen W-förmigen Querschnitt um die Düsenstruktur 42 angeordnet, um eine Luftdichtung vorzusehen. Die W-Dichtung 43 an dem in axialer Richtung stromabwärtigen Ende der Düsenstruktur 42 bildet eine Sperre, so daß eine ringförmige Kammer 46 oberhalb der Düsenstruktur 42 geformt wird mit einer in axialer Richtung vorderen Öffnung 48 zur Aufnahme eines durch die Pfeile 50 angedeuteten Kühlluftstromes. Die Kühlluft 50 strömt in die Kammer 46 und wird in jede der im allgemeinen hohlen Schaufeln 40 verteilt. Die Kühlluft verläßt jede der Schaufeln 40 durch Kühllöcher 52, die in vorgegebener Weise über die Schaufeloberfläche beabstandet angeordnet sind, um in bekannter Weise auf der Oberfläche einen Kühlfilm auszubilden.
Wenn die Kühlluft 50 in die Kammer 46 eintritt, wird ihre Geschwindigkeit vermindert und sie dehnt sich aus, um den Kammerraum auszufüllen. Als Folge davon wird eine Druckdifferenz zwischen der Öffnung 48 und dem in axialer Richtung stromabwärtigen Ende der Kammer erzeugt. Der statische Druck am axial rückwärtigen Ende wird größer als der statische Druck an der Öffnung 48. Das Ergebnis ist eine in der Kammer 46 zirkulierende Luftströmung, wie das durch die Pfeile 50 angedeutet ist. Wie bereits vorher ausgeführt wurde, ist es wünschenswert, die Kühlluft davon abzuhalten, auf die innere Oberfläche des Gehäuses 38 aufzutreffen, da die Kühlluft im allgemeinen eine höhere Temperatur als das Gehäuse 38 aufweist. Das Gehäuse 38 wird vorzugsweise von seiner in radialer Richtung äußeren Oberfläche her gekühlt, um eine thermische Verformung möglichst gering zu halten sowie um die Spaltsteuerung hinsichtlich der Laufschaufeln im Turbinenabschnitt beizubehalten. In dem in Figur 2 gezeigten System nach dem Stand der Technik wird die Kühlluft 50 von dem Gehäuse 38 durch eine Wärmedecke 54 isoliert, die aus einem faserartigen Isoliermaterial gebildet sein kann, das in einer Schicht aus einem flexiblen Metallmaterial gehalten wird. Die Decke 54 wird mittels einer ringförmigen aus Blech bestehenden zylindrischen Hülse 56 angrenzend an das Gehäuse 38 gehalten. Die Hülse 56 paßt dabei in den Raum zwischen einen in axialer Richtung vorderen Ende der Kammer 46 und dem in axialer Richtung stromabwärtigen Ende der Kammer. Eine Reihe von Nasen 58 erstreckt sich in axialer Richtung von der Hülse 56 nach vorn und paßt in zugehörige Paßschlitze 60 in einem ringförmigen Flansch 62, der sich radial nach innen vom Gehäuse 38 erstreckt. Die Nasen 58 halten die Hülse 56 gegen eine Verdrehung in Umfangsrichtung zurück. Die Hülse 56 weist keine anderweitige Befestigung mit dem Gehäuse 38 auf, da die Temperaturdifferenzen zwischen der Hülse und dem Gehäuse ansonsten wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung Wartungsprobleme schaffen würden. Dieses Fehlen einer Befestigung erlaubt die Bildung von Lücken oder Spalte um die Hülse 56 herum, so daß Luft 50 oberhalb der Hülse und um die Isolierdecke 54 herum zirkuliert. Schwingungen und Wärmezyklen der Decke 54 bewirken, daß die Decke den Kontakt zum Gehäuse 38 verliert, so daß Lücken unmittelbar angrenzend an das Gehäuse gebildet werden, durch die die Kühlluft 50 zirkulieren kann.
Wendet man sich kurz der Figur 3 zu, so ist dort eine vereinfachte Darstellung des Gehäuses 38, der Decke 54 sowie der Hülse 46 gezeigt, welche die verschiedenen Lücken zeigt, die aufgrund thermischer Effekte auftreten können und der Luft 50 ermöglichen, in Kontakt zum Gehäuse 38 zu kommen. Eine Lücke 64 kann sich entlang dem Umfang zwischen dem stromabwärtigen Ende der Hülse 56 und der angrenzenden Gehäusestruktur 38 bilden. Die Decke 54 kann sich unter Bildung einer Lücke 60 vom Gehäuse 38 abheben. Am in axialer Richtung vorderen Ende der Hülse 56 kann eine Lücke 68 zwischen der Hülse und dem Flansch 62 entstehen sowie zusätzliche Lücken 70 in Folge der Schlitze 60 auftreten. Die durch diese Lücken zirkulierende Kühlluft 50 wird eine thermische Verformung des Gehäuses 38 mit sich bringen, da die Temperatur der Kühlluft im allgemeine höher liegt als die gewünschte Gehäusetemperatur.
Nimmt man nun Bezug auf Figur 4, ist dort eine zur Figur 2 ähnliche Ansicht gezeigt, die jedoch eine Anordnung für eine Wärmeabschirmung entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält. Die verbesserte Wärmeabschirmung 72 enthält eine honigwabenartige Struktur, die viele mit offenen Enden ausgeführte Zellen 74 aufweist, die angrenzend an die in radialer Richtung innere Oberfläche des Gehäuses 38 anliegen. Eine Stütz- oder Abschlußplatte 76 deckt die in radialer Richtung inneren Enden der Zellen 74 ab. Wendet man sich kurz der Figur 5 zu, so ist dort eine vergrößerte Ansicht einer Wärmeabschirmung 72 mit Honigwaben gezeigt, in der die Zellen 74 und die Abschlußplatte 76 dargestellt sind. Die Zellen 74 können in einer Ausführungsform sechseckige röhrenförmige Metallelemente enthalten und die Abschlußplatte 76 aus Metall kann zur Bildung der dargestellten Struktur durch Hartlöten (brazed) mit einem Ende der Zellen verbunden werden. Honigwabenstrukturen dieser Form sind im Handel mit verschiedenen Dicken d und verschiedenen Zellabmessungen erhältlich. Unter erneuter Bezugnahme auf Figur 4 kann die Wärmeabschirmung 72 viele vorgeformte bogenförmige Segmente aufweisen, die einzeln mittels Schrauben 78 und Muttern 80 an dem Gehäuse 38 befestigt werden. Es wird jedoch zu verstehen sein, daß die Segmente für die Abschirmung auch auf anderen Wegen angebracht werden kann, zum Beispiel unter Benutzung eines Gewindeeinsatzes in dem Abschirmungssegment sowie einer außen in das Gehäuse eingeführten Schraube. Darüber hinaus könnte jegliche Befestigungsform verwendet werden, die ein dauerndes Anpressen der Abschirmung 72 gegen das Gehäuse 38 sicherstellt, ohne mit der Luftströmung in die Schaufeln 40 in Konflikt zu kommen. Weiterhin kann die Abschirmung 72 in Form von großen bogenförmigen Umfangsabschnitten ausgebildet werden und im Extremfall als ein einzelner Umfangsring, der die mit dem Anpressen der Abschirmung in Kontakt zum Gehäuse 38 verbundenen Probleme lösen würde. Zur Erleichtung der Montage könnte der einzelne Ring an einem Punkt zur Bildung einer geschlossenen C-Form aufgeschnitten sein, was eine Verbiegung des Rings zum (besseren) Einführen erlauben würde.
Die Dimensionierung und Dicke d jeder der Honigwabenzellen 74 hat sich als bedeutsam im Hinblick auf die Wärmekontrolle des Gehäuses 38 gezeigt. Obwohl die Metallstruktur der Abschirmung 72 es erlaubt, sie kontinuierlich gegen das Gehäuse 38 anzupressen, verursachen aber thermische Ausdehnungsunterschiede und lokale Wärmedifferenzen die Bildung einiger Lücken zwischen der Abschirmung 72 und dem Gehäuse 38. Die statische Luftdruckdifferenz versucht, eine Luftströmung durch jegliche Lücken zwischen der Abschirmung und dem Gehäuse zu drücken. Ein wichtiger Vorteil der offenen Honigwabenzellen 74 angrenzend an jegliche Lücke zwischen der Abschirmung und dem Gehäuse liegt darin, daß die offenen Zellenden einen hohen viskosen Widerstand hinsichtlich jeglicher Leckströmung der Luft erzeugen und die Strömungsgeschwindigkeit auf nahezu Null vermindern. Da der Wärmeübertragungskoeffizient für Konvektionswärme proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist, ist die Abschirmung 72 wirksam im Sinne einer Reduzierung der Konvektionswärmeübertragung, selbst wenn Lücken zwischen den offenen Zellenden und dem Gehäuse 38 auftreten. Die Abschirmung 72 wirkt jedoch ebenfalls als Wärmeabschirmung hinsichtlich Wärmeleitung und Wärmestrahlung.
Um den hohen viskosen Strömungswiderstand an den Zellenden zu erzeugen, muß die Abschirmung 72 eine Mindestdicke aufweisen. In einer beispielhaften Ausführung wurde eine Zelltiefe von mindestens 0,25 cm (0,1 Zoll) als ausreichend gefunden, um einen viskosen Widerstand zur Strömungsverminderung zu erzeugen. Die Zellgröße ist wichtig, damit die Zelloberfläche diskontinuierlich erscheint. Eine Zellabmessung W von Wand-zu-Wand (vgl. Figur 5) von ungefähr mindestens 0,159 cm (0,0625 Zoll) wurde als ausreichend zur Erzeugung des zuvor erwähnten Widerstandeffekts gefunden. Eine weitere zu berücksichtigende Größe bei der Zelldimensionierung ist die Dicke jeder Zellwandung, da durch die Zellwandung vom Blech 76 auf das Gehäuse 38 eine Wärmeübertragung durch Wärmeleitung erfolgen kann. Eine Wandstärke von etwa 51 bis 102 µm (0,002 bis 0,004 Zoll) wurde als ausreichend für eine thermische Isolierung festgestellt.
In Figur 4 ist gezeigt, wie eine heiße Fluidströmung (Kühlluft) 50 in die Kammer 46 eintritt, die unter der Honigwabenabschirmung 72 und oberhalb der Düsenstruktur 42 liegt. Der statische Druck P&sub1; an der Vorderseite der Kammer ist geringer als der statische Druck P&sub2; am in axialer Richtung stromabwärtigen Ende der Kammer 46. Diese Tatsache sowie die Form der Kammer veranlaßt die Fluidströmung 50, entgegen dem Uhrzeigersinn zu strömen. Beim Stand der Technik resultierte dieser höhere Druck P&sub2; darin, daß das heiße Fluid in die Lücken getrieben wurde, die zwischen den Wärmeabschirmungen und den Strukturen, zu deren Schutz sie ausgelegt waren, lagen.
Als eine Maßnahme zur weiteren Verhinderung der heißen Fluidströmung durch die Lücken zwischen einem Hitzeschildmechanismus und einer umgebenden Struktur ist das
Abschlußblech 76 der vorliegenden Erfindung mit abgeschrägten Enden versehen. Unter Bezugnahme auf Figur 6 weist das Abschlußblech 76 abgeschrägte Enden 82 und 84 auf, die dazu dienen, Leckstellen im Kanal zu verhindern. Jegliche auftretende Leckströmung wird jedoch von den Honigwabenzellen durch den hohen viskosen Strömungswiderstand für jegliche Leckströmung aufgefangen. Da in Folge der vorliegenden Erfindung die Strömungsgeschwindigkeit (einer Leckströmung) vernachlässigt werden kann, ist eine perfekte Enddichtung sowie ein perfekter radialer Paßsitz zur Vermeidung thermischer Probleme nicht (mehr) kritisch.
Dadurch daß die Wärmeabschirmung nach der vorliegenden Erfindung Honigwabenzellen aus Metallblech verbunden mit einem Stützstreifen aufweist, der gegen die Turbinenstruktur 38 gehalten wird, bietet sie eine Verbesserung über den Stand der Technik beim Schutz einer Turbinenstruktur gegen einen thermischen Schaden. Honigwabenzellen 74 wirken durch eine Wirbelbildung im Sinne einer Unterdrückung einer jeglichen potentiellen Strömung zwischen der Abschirmung und der Struktur 38. Dies führt dazu, daß die Strömungsgeschwindigkeit um die Turbinenstruktur herum im Sinne der Erzielung eines geringeren Wärmeübertragungskoeffizienten effektiv zu Null wird.
Nach dem Stand der Technik waren Wärmeabschirmungen anfällig für kleine Leckstellen im Kanal, die zu großen Wärmeübertragungsflächen resultierten, die ihrerseits wiederum zu Temperaturgradienten am Umfang der Struktur führten. Da die vorliegende Erfindung nicht (mehr) gegenüber kleinen Leckstellen im Kanal empfindlich ist, bietet sie eine wirksame thermische Isolation der Struktur, zu deren Schutz gegen einen thermischen Schaden sie gedacht ist.
Die vorhergehende detaillierte Beschreibung soll anschaulich und nicht einschränkend sein. Viele Änderungen und Modifikationen sind im Lichte der obigen Maßnahmen möglich. Es sollte somit verstanden werden, daß die Erfindung auch in anderer Weise ausgeführt werden kann, als sie hier speziell beschrieben wurde, und trotzdem im Rahmen der beigefügten Ansprüche liegt.

Claims

1. Verfahren zum Montieren eines Gasturbinentriebwerks (10), das ein Gehäuse (38) aufweist, das teilweise wenigstens einen Kanal (46) für die Strömung von Kühlluft (50) in dem Gehäuse bildet, wobei eine thermische Abschirmung (72) mehrere benachbarte Honigwabenzellen (74) aufweist, die jeweils ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende haben, wobei das Verfahren die Schritte enthält:

Verbinden der thermischen Abschirmung (72) in einer thermischen isolierenden Relation mit dem Gehäuse (38) in dem wenigstens einen Kanal (46) und Anordnen der thermischen Abschirmung (72) in Eingriff mit dem Gehäuse (38) im allgemeinen um wenigstens einige der offenen Enden der Honigwabenzellen (74), wobei die thermische Abschirmung (72) neben den geschlossenen Enden der Honigwabenzellen (74) während des Verbindungsschrittes dem wenigstens einen Kanal (46) ausgesetzt sind.

2. Gasturbinentriebwerk (10), enthaltend:

(a) ein Gehäuse (38), das teilweise wenigstens eine Kanaleinrichtung (46) für die Strömung von Kühlluft (50) in dem Gehäuse (38) bildet,

(b) eine Einrichtung (72) zum thermischen Isolieren des Gehäuses (38) in der wenigstens einen Kanaleinrichtung (46), wobei die thermische Isoliereinrichtung (72) mehrere im allgemeinen benachbarte Honigwabenzellen (74) aufweist, die jeweils ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende haben, wobei die thermisch isolierende Einrichtung (72) mit dem Gehäuse (38) im allgemeinen um das offene Ende von wenigstens einigen der Honigwabenzellen (74) in Eingriff ist und der wenigstens einen Kanaleinrichtung (46) neben den geschlossenen Enden der Honigwabenzellen (74) ausgesetzt ist, und

(c) wobei die offenen Enden der anderen Honigwabenzellen in der thermisch isolierenden Einrichtung (72) von dem Gehäuse (38) versetzt sind bei einer thermischen Verformung von dem Gehäuse (38) und/oder anderen Honigwabenzellen (74).

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, wobei ferner wenigstens eine Einrichtung (78, 80) vorgesehen ist, die der thermischen Isoliereinrichtung (72) zugeordnet ist, um die thermisch isolierende Einrichtung (72) in einer vorgewählten Position innerhalb der wenigstens einen Kanaleinrichtung (46) in Bezug auf das Gehäuse (38) zu halten.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, wobei die geschlossenen Enden der Honigwabenzellen (74) eine im allgemeinen gleichförmige Oberfläche bilden, die der wenigstens einen Kanaleinrichtung (46) ausgesetzt ist.

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, wobei die thermisch isolierende Einrichtung (72) damit verbundene Mittel (76) aufweist zum Schließen der geschlossenen Enden der Honigwabenzellen (74) und zum Darstellen einer im allgemeinen gleichförmigen Oberfläche gegenüber der wenigstens einen Kanaleinrichtung (46).

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner der Schritt vorgesehen ist, daß ein hoher viskoser Strömungswiderstand auf eine Leckströmung hervorgerufen wird, die in einen Spalt zwischen den offenen Enden von anderen Honigwabenzellen (74) und dem Gehäuse (38) eintritt, wodurch die Leckströmung behindert wird.

7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, wobei die offenen Enden von den anderen Honigwabenzellen (74) einen hohen viskosen Strömungswiderstand auf eine Leckströmung hervorrufen, die in einen Spalt zwischen den offenen Enden von den anderen Honigwabenzellen (74) und dem Gehäuse (38) ein tritt, wodurch die Leckströmung behindert wird.