Gasturbinenanlage. Die Erfindung betrifft eine (Tasturbinen- anlage, welche einen Kompressor, eine Ver brennungsvorrichtung und eine Turbine auf weist. Eine Anwendung der Erfindung ist be sonders bei Turbomaschinen für Luftfahrzeug antrieb zweckmässig, wobei ein Propeller oder Ventilator durch die Maschine angetrieben wird oder die Maschine als reines Strahl antriebsaggregat. fLinktioniert. Die Erfindung kann aber auch bei irgendeiner Art von Gas turbinenanlagen Verwendung finden, bei wel cher eine Kühlung des Turbinenrotors wün- schenswert erscheint.
Bei einer Gasturbinenanlage gemäss vor liegender Erfindung ist im Turbinenrotor ein mit dem Rotor koaxialer Kanal für Kühlluft gebildet, der mit einer Leitung verbunden ist, um Kühlluft nach jenem Kanal zu führen, und ferner sind Dichtungsmittel vorhanden, welche zwischen der Leitung und dem Rotor kanal angeordnet sind und Relativdrehungen zwischen Rotor und Leitung gestatten.
Die Erfindung kann besonders bei viel stufigen Axialturbinen angewendet werden, bei welchen es in den letzten Stufen wün schenswert erscheint, Kühlhaft von der in Strömungsrielitung stromabwärts gelegenen Seite der Turbine einzuführen.
Zweckmässig weist der Turbinenrotor einen in demselben vorgesehenen koaxialen zentra len Kanal zur Führung der Kühlluft auf, der mit einer in der Strömungsrichtung nach dem Rotor liegenden Leitung in Verbindung ist; als Mittel zur Zufuhr von Kühlluft zu jener Leitung können Leitungen vorgesehen werden, die sich durch den Turbinenauspuffkanal er strecken.
Bei einer vielstufigen Turbine ist jener Kanal zweckmässig als zentrale Bohrung in einer Niederdruckrotorscheibe ausgebildet, um Kühlluft nach dem Raum zwischen der Nie- derdruekrotorseheibe und der nächsten Ro- torscheibe zu leiten.
Beispielsweise ist bei einer Gasturbinenanlage, welche eine zwei stufige Turbine aufweist, deren eine Tur binenscheibe an der andern Turbinenscheibe mittels eines zentral angeordneten hohlen Bol zens befestigt ist, die Leitung so angeordnet, dass dem hohlen Bolzen Kühlluft zugeführt wird, durch welchen sie nach dem Raum zwi schen den Turbinenscheiben strömt, und die Dichtungsmittel sind zwischen der Leitung und dem Hohlbolzen angeordnet.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Dichtungsmittel ein Leitungszwi schenstück auf, das an seinen Enden mit dein Hohlbolzen und der Leitung über Dichtungs ringe in Verbindung steht. Diese Dichtungs ringe sind zweckmässig so angeordnet, dass sie eine relative Versehwenkung@ von Leitungs zwisehenstück, Leitung und Hohlbolzen sowie Relativdrehungen zwischen diesen Teilen zu lassen..
Das Leitun;;szwisehenstüek kann z. B. mit einem Ende in eine rohrförmige Verlängerung der Leitung hineinragen, in welcher Verlänge- rung ein Kohlen- oder Graphitdichtungsring untergebracht ist, der wie eine Muffe auf dem Leitungszwischenstück sitzt, und ferner ein un- teFederdruck# stehenderRing, welcher aufden Graphitring einwirkt, um denselben gegen eine sphärische Fläche einer Abschlussplatte,
welche am Ende der rohrförmigen Verlänge rung befestigt ist, zu drücken, wobei der Graphitdichtungsring diametral geteilt sein kann, um bei Abnützung eine radiale Nachstel lung mu erhalten, wobei die Teile auf dem Lei tungszwischenstück mittels einer Federbride zusammengehalten werden. Das andere Ende des Leitungszwischenstückes kann über einen Graphitring in den Hohlbolzen hineinragen,
welcher Ring eine zunn Teil sphärische Innen fläche aufweist, die auf einer entsprechenden Fläche am Ende des Leitungszwischenstückes aufliegt, wobei der Graphitring nachgiebig in einer Aussparung des Hohlbolzens aufgenom men ist. Dieser Graphitring ist zweckmässig quer zur Turbinenrotorachse geteilt, um seine Montage zu erleichtern.
Falls es erwünscht ist, die rückwärtige Fläche der Turbinenscheibe zu kühlen, so kann man einen Teilstrom von Kühlluft an den Dichtungsringen vorbei entweichen lassen.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes, nämlich eine Gastt@rbinen- anlage mit einer zweistufigen Turbine, wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. 1 einen schematischen. Schnitt durch die Hälfte der Gasturbinenanlage darstellt. Fig. 2 ist ein Teilschnitt durch den Tur binenrotor, und Fig. 3 zeigt im Schnitt einen etwas abge änderten Teil von Fig. 2.
Die Gasturbinenanlage weist einen Kom.- pressor 10 auf, dessen Rotor 11 auf einer Welle 12 befestigt ist und welcher Luft durch eine Leitung 13 nach einer Verbrennungsvor richtung 14 fördert.
Letztere umfasst eine Mehrzahl von Brennkammern, wovon eine ge zeigt ist, welche rings um die Welle 12 zwi schen dem Kompressor und einer zweistufigen Turbine 15 angeordnet sind. Brennstoff wird in der nach der Verbrennungsvorrichtung ge- förderten Luft verbrannt und die Verbren- nungsprodukte strömen von der Verbren nungsvorrichtung durch die Turbine, um letztere anzutreiben; die Turbine treibt ihrer seits über die Welle 12 den Kompressor.
Die Abgase gelangen von der Turbine 15 in einen ringförmigen Abgaskanal, welcher zwischen einem äussern Auspuffgehäuse 16 und einem zentralen konischen Glied 17 gebildet ist.
Die Turbine weist einen Rotor, bestehend aus zwei Rotorscheiben 19, 20 auf, welche Schaufeln. 21 bzw. 22 tragen, einen festen Leitschaufelsatz 23, welcher die Verbren- nungsprodukte in die Hochdruck-Turbinen- schaufeln 21 leitet, und einen zweiten festen Leitschaufelsatz 24 zwischen den beiden Tur- binenscheiben, um die Gase in die Nieder- druckschauüeln 22 zu leiten.
Die Leitschaufel- Sätze 23, 24 werden durch eine Tragkonstruk tion 25 getragen. Eine Abdichtungsscheibe 26 ist zwischen den Turbinenscheiben 19, 20 an geordnet und von dem einen Leitschaufelsatz 24 abgestützt.
Die Rotorscheiben 19, 20 sind in der ge zeigten Ausführung volle Scheiben; sie kön nen aber auch in Hohlkonstruktion ausge führt sein.
Die Dicke der Scheibe 19 ist so gewählt, dass sie Zentrifugalkraft-Beanspruchungen standhält; Berücksichtigung der reinen Zen trifugalkraft-Beanspruchungen kann jedoch zu einer dünnen Scheibe führen; bei Anord nung einer nachstehend beschriebenen Rotor konstruktion braucht der Querschnitt nicht, übermässig verstärkt zu sein, um durch die Dicke der Scheibe allein gefährliche Biegungs- vibrationen zu vermeiden.
Die Turbinenscheibe 19 ist auf ihrer Vor derfläche (das ist die in der Strömung durch die Turbine stromaufwärts gerichtete Fläche) mit einem am Umfang gezahnten, nach aus wärts gerichteten Flansch 27 versehen, mittels welchem die Scheibe 19 mit einem entspre chenden Flansch 28 am Ende der Welle 12 verschraubt ist. Die Zähne der Flanschen 27, 28 greifen in Zähne einer Büchse 29, welche das Lager 30 für das hintere Ende der Welle 12 trägt, wobei die Büchse mit einem Flanseh 31 versehen ist, welcher die Zähne trägt und welcher mit den Flanschen 27, 28 verschraubt ist.
Die Turbinenscheibe 19 hat auf ihrer rückwärtigen Fläche (das ist die in der Strö mung durch die Turbine stromabwärts ge richtete Fläche) nahe an der Achse einen ra dial gerichteten Flansch 32; mit diesem. Flansch ist ein mit einem Flansch versehenes, ringförmiges Glied 33 verschraubt und zen triert.
Innerhalb des mit Gewinde versehenen Teils des mutterähnlichen Gliedes 33 ist ein Hohlbolzen 34 eingeschraubt, der eine wellen , ähnliche Abstützung für die Rotorscheibe 20 bildet. Der Bolzen 34 ist koaxial zu der Scheibe 20 und erstreckt sich durch dieselbe; die Scheibe 20 wird in ihrer Lage durch Ein schrauben des Hohlbolzens in die Ringmutter 33 gesichert.
Ein im Querschnitt. T-förmiger Distan- zierungsring 35 ist zwischen den Scheiben 19, 20 angeordnet. Der Flansch des T-Querschnit- tes ist an beiden Enden mit Anlageflächen 36 versehen, welche an entsprechenden Flä chen der Scheiben 19, 20 aufliegen.
Der Flansch besitzt. Kegelstumpf-biantelform und ist auf seiner Aussenfläche stufenförmig aus gebildet und wirkt mit einem entsprechend ausgebildeten Flansch 37 der Dichtungs scheibe 26 zusammen, zwecks Bildung einer Labyrinthdichtung. Der Steg des T-Quer- schnittes 35 ist am innern Ende mit einwärts gerichteten Zähnen 38 versehen, welche in entsprechende Zähne am Flansch 32 der Scheibe 19 eingreifen, sowie in Zähne eines an der Vorderfläche der Scheibe 20 vorge sehenen axialen Flansches 39, durch welche Verzahnungen das Drehmoment zwischen den beiden Scheiben 19 und 20 übertragen wird.
Der Steg besitzt ferner noch einen nach ein wärts gerichteten Vorsprung 40, der auf dem Umfang der Ringmutter 33 aufsitzt, um die Lage der Teile zu sichern.
Die Scheibe 20 liegt auch an der Ring mutter 33 an. Zu diesem Zweck ist die Scheibe 20 mit einem vorspringenden Teil 41 ausge bildet, der in einer Aussparung der Ring- mutter 33 Aufnahme findet und gegen eine am Grunde der Aussparung vorgesehene Un- terla.gsscheibe 42 anliegt.
Es ist so ersichtlich, dass, wenn die Scheibe 20 in ihrer Lage auf dem Hohlboden 34 ge sichert ist, sie mit ihrem innern Teil zwischen der Unterlagsscheibe 42 und dem Kopf 43 des Bolzens gefasst ist und aussen mit einer Anschlagfläche gegen den Distanzierimgsring 35 anliegt. Die Dicke der Unterlagsscheibe 42 kann je nachdem, wie grosse Variationen in den Abmessungen der Teile bei der Bearbei tung auszugleichen sind, verschieden sein. Sie wird stets so gewählt, dass, wenn der Bolzen 34 in die Ringmutter 33 genügend einge schraubt ist, die gewünschte Anpressung der Scheiben 19, 20 an ihren Anlageflächen mit dem Distanzierungsring erhalten wird.
Eine solche Ausbildung ergibt einen Turbinenrotor, der den Zentrifugalkraft- und andern Bean spruchungen, welche im Betrieb entstehen, widersteht, ohne da.ss gefährliche Biegungs- vibrationen auftreten.
Eine Sicherungsvorrichtung ist vorge sehen, welche gewährleistet, dass der Bolzen 34 sich nicht löst, und welche einen Ring 44 aufweist, dessen axiale Verlängerung mit In nenverzahnung versehen ist, die mit. einer Verzahnung am Umfang des Bolzenkopfes 43 im Eingriff ist, wobei der Ring durch Schrau ben 45 mit einem Flansch 46 auf der Scheibe 20 verbunden ist.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel sieht die Zufuhr von Kühlluft nach dem Raum zwischen den Rotorscheiben 19, 20 vor. Zu diesem Zweck wird die Luft an einer geeig neten Stelle des Kompressors 10 abgezapft und durch eine Leitung 47 nach einer Stelle hinter der Turbine 15 geleitet und dann durch hohle Stützen 48 quer durch den ringförmi gen Abgaskanal nach einem zentralen, rohr- förmigen Glied 49, das in dem konischen Teil 17 sich befindet.
Die Stützen 48 bilden zweckmässig die Mittel, durch welche der konische Teil 17 im Gehäuse 16 abgestützt ist, und sie sind zweck mässig in Abschirmungen von stromlinienför migem Querschnitt eingeschlossen. Das rohrförmige Glied 49 ist ein Teil der festen Maschinenkonstruktion, und um Kühl luft nach dem Innern des Hohlbolzens 34 zu leiten, ist folgende Ausbildung getroffen:
Das rohrförmige Glied 49 besitzt an seinem vordern Ende eine flanschartige Verlänge rung 50, welche gleitend in einer Hülse 51 sitzt, die am Ende einer Wand 52 von koni scher Gestalt befestigt ist. Eine ringförmige Endplatte 53 ist mit der Verlängerung 50 verschraubt und besitzt innen und auf ihrer rückwärtigen Fläche einen sphärischen Sitz, der mit einer entsprechenden Fläche eines Graphitdichtumgsringes 54 zusammenwirkt, welcher durch einen federbelasteten Ring 55, der in der Verlängerung 50 untergebracht ist, gegen den Sitz gepresst wird.
Der Ring 54 ist zweckmässig diametral aufgeteilt, um bei Abnützung eine Nachstellung zuzulassen; eine Federbride 56 ist vorgesehen, um die Teile zu- sammenzuhalten und im Kontakt mit dem rückwärtigen Ende eines Leitungszwischen stückes 57 zu halten, welches sich zwischen dem rohrförmigen Glied 49 und dem Bolzen 34 erstreckt.
Diese Ausbildung gestattet ein relatives Gleiten und Verschwenken von Leitungszwi schenstücken 57 und rohrförmigem Glied 49.
Das vordere Ende des Leitungszwischen stückes 57 ist in einer Aussparung im Bolzen kopf 43 aufgenommen und ist mit einer sphärischen äussern Fläche versehen, welche mit einer sphärischen Innenfläche eines Gra- phitringes 58 zusammenwirkt; der Ring 58 ist im Bolzenkopf 43 durch eine Unterlagsscheibe 60 und eine Federplatte 59 gehalten, welch letztere mit dem Flansch 46 der Rotorscheibe 20 versehraubt ist.
Der Ring 58 ist in einer Ebene senkrecht zur Achse aufgeteilt, um Montage zu erleichtern und Abnützung zu kompensieren.
Diese Ausbildung ermöglicht ein relatives Verschwenken zwischen dem Hohlbolzen 34 und dem Leitungszwischenstück 57.
Das rohrförmige Glied 49 ist stationär und der Hohlbolzen 34 rotiert, so dass das Leitungszwischenstück 37 relativ zu beiden rotieren kann; im Betrieb entstehen grössere Relativdrehungen zwischen dem hintern Ende des Leitungszwischenstückes 57 und dem Gra- so phitdichtiungsring 54.
Der grössere Teil der Luft, welcher in das Leitungszwischenstück 57 aus dem rohrförmi- gen Glied 49 strömt, geht in den Hohlbolzen 34; aber eine kleine Undichtheit ist bei deti 5s Dichtungsringen 54 und 58 gestattet, um Kühlluft nach der rückwärtigen Fläche der Scheibe 20 zu leiten.
Die Luft strömt in den Raum zwi schen Scheibe 19 und Ringmutter 33 und dann durch radiale Kanäle 61, welche im Flansch 32 und in der Ringmutter 33 vorge sehen sind, zwischen den Distanzierumgsring 35 und Scheibe 19. Die Kühlluft strömt dann durch Öffnungen 62 in die Labyrinthdichtung, wobei die Öffnungen 62 so angeordnet sind, dass die Luft sowohl zur rückwärtigen Fläche der Scheibe 19 als auch zur vordern Fläche der Scheibe 20 gelangen kann. Die Luft kühlt auch die Wurzeln der Schaufeln im Leit- schaufelaggregat 24 und die Wurzeln der Schaufeln 22 der zweiten Turbinenscheibe.
In Fig. 3 ist eine etwas abgeänderte Aus führungsform der Verbindung zwischen dem rohrförmigen Glied 49 und dem Hohlbolzen 34 dargestellt.
Bei derselben sind die Graphit ringe 58 in ihrer Stellung durch eine Unter lagsscheibe 63, eine federnde Unterlags- scheibe 64 und einen Ring 65 gehalten; mit dem offenen Ende des rohrförmigen Gliedes 49 ist eine Büchse 150 mit einem Flansch verschraubt, in welcher der federbelastete Ring 55 geführt ist, und in einem Halteteil 153 ist der Graphitdichtungsring 54 gelagert,