Gasturbinen-Kraftanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine (-tas- tur1)inen-Kraftanlage, bei welcher Arbeits- fluidum von einem Axialkompressor in eine Erhitzungseinriehtung und dann zu einer Axialturbine gefördert. wird, wobei die Lauf schaufelrotoren der Turbine und des Kom- pressors eine gemeinsame Welle besitzen.
Die erfindungsgemässe Gasturbinen-Kraft- anlage zeichnet. sich dadurch aus, dass wenig stens ein einen Leitsehaufelkranz aufweisen der Leitschaufelrotor vorgesehen ist, welcher unabhängig von den miteinander verbundenen liaufsehaufelrotoren drehbar und auf einem Lager gelagert ist, das die gemeinsame Welle umgibt und in einer Ebene zwischen den Kompressor- und Turbinenrotoren liegt.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung ist die gemeinsame Welle von einem hohlen, feststehenden Glied um geben, welches innen Lager für die Welle und aussen Lager für einen Leitschaufelrotor trägt.
Diese Ausführung ist in den Fällen ange zeigt, wo hohe Lagerdrücke und wie im Falle einer Turbine hohe Drehzahlunterschiede auf treten, da sich in diesem Falle beide Rotoren in gegenläufigem Sinne drehen.
Das feststehende Glied kann :;gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Büchse ausgebildet sein, welche eine Lager büchse bildet und welche vorteilhafterweise nicht als Teil des feststehenden Gehäuses der Anlage ausgebildet, sondern in letzterem ein gebaut ist. Ausführungsbeispiele des Erfindungs- gegenstandes sind auf der beiliegenden Zeich nung dargestellt.
Fi-. 1 zeigt in Ansieht mit halbem Axial schnitt eine Verbrennungsturbinen-Kraftan- lage für Luftfahrzeuge mit Strahlvortriebs- mitteln und Zugpropeller.
Fi-. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht. einer andern Ausführungsform der Erfindung bei einer Luftfahrzeug-Kraftan- lage, bei welcher an Stelle eines Propellers ein . in einem Kanal angeordnetes Schubverstär- kungsgebläse benutzt wird.
Fig. 3 ist eine gegenüber der Fig. 2 ab geänderte Ausführungsform, welche zwei in einem gemeinsamen Kanal hintereinander an geordnete Schubverstärkungsgebläse besitzt..
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1. ist die Kraftanlage in eine Luftfahrzeuggondel eingeschlossen, deren Aussenhaut bei 1.0 ge zeigt ist. Die Kraftanlage umfasst ein Ge häuse 11, eine Welle 1-1, welche Kompressor laufräder 15 mit Laufschaufeln 16 trägt, einen Kompressorleitsehaufelrotor 21, 17, 18, 19, eine Verbrennungskammer 27, ein Tur- binengrehänse 29, 31, einen Turbinenrotor 32, 33, welcher die Welle 1-1 antreibt,
einen rin-- förmi#.)-eri Auspuffkanal 31, 35 Lind eine Strahlreaktionsdüse 37.
Das Gehäuse 11 stützt die Welle 11 in Lagern 12, 13 ab. An sein hinteres Ende ist ein rippenförmiger Teil. des innern Gliedes 29 des Turbinengehäuses befestigt. Der angetrie- bene gompressorlaufsehaufelrotor weist eine Anzahl Räder 15 auf, die auf die Welle 14 rufgekeilt sind und von welchen jedes einen Kranz von Kompressorlaufschaufeln 16 be- .;
itzt, die mit Leitschaufeln 17, 18 des Kom- pressors zusammenwirken. Die letzteren sind auf der Innenseite des Leitschaufelträgers 21 befestigt -und die innern Enden des Leit- schaufelkranzes 18 sind an den Flanschen einer Zwischenwand 19 befestigt, welche drehbar auf der Welle 14 durch ein stabiles Lager 20 abgestützt ist.
Das hintere Ende des Leitschaufelträgers 21 ist durch radiale Lager 23 abgestützt, die in einem Lager gehäuse 25 angeordnet sind, welches auch Drucklager 24 enthält, welche gegen einen am Träger 21 vorgesehenen Druckring an liegen. Das Lagergehäuse 25 ist mit dein Gehäuse 11 durch radiale Rippen 26 verbunden, und diese bilden mit dem Gehäuse 11 den fest stehenden Teil der Maschine zwischen den Lagern 12 -und 23.
Die Rippen 26 dienen auch als Leitflügel am Auslass des Kom- pressordurchströmkanals, der durch den Leitschaiüelträger 21 und die Ränder der Räder 15 und der Zwischenwand 19 begrenzt ist; um die innere Begrenzung des Kanals zu vervollständigen, sind die innern Enden der Schaufeln 17 mit Deckringen 17a ver sehen.
Nachdem die Luft im Kompressor kom- primiert und zwischen den Rippen 26 hin durchgegangen ist, wird sie zu einer An zahl in einem Kreis verteilt angeordneter Verbrennungskammern 27 geführt, welche Brennstoffeinspritzdüsen 28 enthalten, wo bei die Verbrennungsprodukte in einen Turbinenringkanal gelangen, der durch ein äusseres Turbinengehäuse 31 und das innere Gehäuseglied 29 bestimmt ist. Die zwei letzt erwähnten Glieder sind durch radiale Rip pen 30 verbunden, welche auch die Leit- schaufeln der Turbine bilden.
Die letztere weist ein Laufrad 32 auf, das auf die Welle 14 aufgekeilt ist und einen Kranz von Tur- binenl_aufschaufeln 33 trägt. Die Turbinenabgase gelangen in einen ringförmigen Auspuffkanal, der durch eine äussere Kanalwand 35 und eine innere Kanal wand begrenzt ist, die durch den Mantel eines konischen Ansatzes 34 gebildet wird, welcher von der äussern Kanalwand 35 durch radiale Rippen 36 abgestützt ist. Der rin-- förmigc Auspuffkanal endigt in einer Strahl düse 37.
Es ist ersichtlich, dass das Kompressor- leitschaufelgebilde nicht ortsfest, sondern drehbar ist und somit ein Leitschaufelrotor vorhanden ist, der koaxial zu dem durch die Turbine angetriebenen Kompressorlauf- schaufelrotor in einem die gemeinsame Welle umgebenden Lager gelagert ist. Im Be trieb wird der Kompressorleitschaufelrotor in der gleichen Richtung wie der Kompr es- sorlaufschaufelrotor 15, 16 gedreht und gibt Leistung ab.
Bei diesem Beispiel wird die durch den Kompressorleitscliaufelrotor gelieferte Lei stung für den Antrieb eines Zugpropellers 22 benutzt, welcher unmittelbar auf dem drehbaren Leitschaufelträ.ger 21. angeordnet ist.
Das letztere Glied stützt auch eine ring förmige Nabenhaube 10a ab, deren äusserer Teil eine Fortsetzung der Gondelaussenhaut 10 darstellt und deren innerer Teil die äussere Begrenzung des ringförmigen Einlasses zuin Kompressor bestimmt, dessen innere Begren zung durch einen I3aubenansatzkörper 38 bestimmt wird, welcher ain vordersten an getriebenen Kompressorlaufrad 15 angeord net ist.
Falls gewünscht, können die in einem Kreis verteilt angeordneten Verbrennungs kammern 27 durch eine einzige ringförmige Verbrennungskammer ersetzt sein.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ähnelt der in' Fig. 1. gezeigten, wobei ent sprechende Teile durch dieselben -rberwei- sungszahlen bezeichnet. sind und der Index Y angehängt ist, wenn die entsprechenden Teile irgend welche wesentlichen Unterschiede haben.
Bei diesem Beispiel ist die Leitsehau- felung des Kompressors ortsfest, indem die Leitschaufeln 17 an der Innenfläche eines
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@tator,reliäuses <SEP> 51 <SEP> befestigt <SEP> sind, <SEP> dessen <SEP> vor deres <SEP> ,Ende <SEP> mittels <SEP> radialer <SEP> Rippen <SEP> 52 <SEP> mit
<tb> einer <SEP> Stirnwand <SEP> :5 <SEP> 3 <SEP> verbunden <SEP> ist. <SEP> -elche
<tb> die <SEP> Welle <SEP> 1-1 <SEP> in <SEP> l.a < ,ern <SEP> 54 <SEP> abstützt. <SEP> Die <SEP> Rip lieb <SEP> 52 <SEP> dienen <SEP> < ineli <SEP> a15 <SEP> l:inla131citflügel <SEP> in
<tb> den <SEP> ringförmigen <SEP> Kompressorkanal.
<tb>
Das <SEP> hintere <SEP> Ende <SEP> des <SEP> Konipressorstator gehäuses <SEP> 51 <SEP> ist <SEP> durch <SEP> einen <SEP> (lehänscrin <SEP> :.':,x
<tb> Fortgesetzt, <SEP> der <SEP> ihircll <SEP> radiale <SEP> Rippen <SEP> 26,r,
<tb> die <SEP> auch <SEP> als <SEP> .lttslalileittlügel <SEP> für <SEP> den <SEP> Koni liressor <SEP> dienen, <SEP> finit <SEP> deln <SEP> Gehäuse <SEP> <B>11,1, <SEP> Verbun-</B>
<tb> den <SEP> isl, <SEP> welches <SEP> in <SEP> diesem <SEP> Fall <SEP> eine <SEP> vordere
<tb> Verhingertinr <SEP> in <SEP> der <SEP> Form <SEP> einer <SEP> finit <SEP> Rippen
<tb> versebenen <SEP> Stirnwand <SEP> un <SEP> Masst, <SEP> welche <SEP> das
<tb> Lager <SEP> 1'?, <SEP> in <SEP> welelieni <SEP> die <SEP> Welle <SEP> 1-1 <SEP> ab;
#estützt
<tb> ist, <SEP> t <SEP> iiigt. <SEP> Die <SEP> Verbrennlingskaminern <SEP> in
<tb> dieser <SEP> Fig. <SEP> <B>'</B>sind <SEP> finit <SEP> doppelten <SEP> Flaninien rohren <SEP> versehen, <SEP> welche <SEP> die <SEP> Kaininern <SEP> in
<tb> 1"ingsriehtung- <SEP> in <SEP> zwei <SEP> Teile <SEP> unterteilen. <SEP> in
<tb> weleheil <SEP> Doppelbreinistoffeinspritzdüsen <SEP> 28
<tb> < ingeordiiel <SEP> sind.
<tb>
her <SEP> ringförmige <SEP> EinlaV; <SEP> des <SEP> Turbinen kanals, <SEP> in <SEP> welchen <SEP> die <SEP> Gase <SEP> von <SEP> den <SEP> Verbren iinngskaniniern <SEP> eintreten, <SEP> ist <SEP> durch <SEP> ein <SEP> äusse res <SEP> Glied <SEP> 31.c, <SEP> radiale <SEP> lZippen <SEP> 30x <SEP> mid <SEP> ein
<tb> inneres <SEP> fngglied <SEP> 29.r <SEP> g-ebildet, <SEP> welches <SEP> dureli
<tb> das <SEP> hintere <SEP> l#'.n@lc# <SEP> des <SEP> Gehäuses <SEP> 11x <SEP> festge legt <SEP> ist.
<tb>
Bei <SEP> diesem <SEP> Beispiel <SEP> ist <SEP> (las <SEP> Turbinenleit sehaufelgellilde <SEP> nielit <SEP> feststehend, <SEP> sondern
<tb> drehbar <SEP> gelagert: <SEP> der <SEP> Turbinenleitsehaufel rotor <SEP> weist <SEP> einen <SEP> 1@eitsellaufelträ <SEP> ger <SEP> 60 <SEP> auf,
<tb> der <SEP> einwärts <SEP> vorstehende <SEP> Leitschaufeln <SEP> -11,
<tb> -11 <SEP> trägt, <SEP> deren <SEP> innere <SEP> 'l:
ildeil <SEP> an <SEP> den <SEP> Rän dern <SEP> von <SEP> Wänden <SEP> 4? <SEP> bzw. <SEP> 15 <SEP> befestigt <SEP> sind,
<tb> von <SEP> welchen <SEP> die <SEP> letztere <SEP> eine <SEP> finit <SEP> ihr <SEP> aus
<tb> cinein <SEP> Stück <SEP> bestehende <SEP> Nahe <SEP> besitzt, <SEP> die <SEP> eile
<tb> Lagergehäuse <SEP> bildet. <SEP> Bei <SEP> diesem <SEP> Beispiel <SEP> be sitzt. <SEP> der <SEP> den <SEP> Koinpressorrotor <SEP> antreibende
<tb> Turbinenrotor <SEP> zwei <SEP> Laufräder <SEP> 32 <SEP> bzw. <SEP> 32b,
<tb> die <SEP> Laufsehaufelkri.inze <SEP> 33a, <SEP> 33b <SEP> trauen, <SEP> wo bei <SEP> beide <SEP> Räder <SEP> durch <SEP> durchgehende <SEP> Bolzen
<tb> rim <SEP> Encle <SEP> der <SEP> Welle <SEP> 1-1 <SEP> befestigt <SEP> sind.
<tb>
Zwischen <SEP> den <SEP> Laufrädern <SEP> 32(t, <SEP> <B>321)</B> <SEP> ist <SEP> ein
<tb> Lager <SEP> 43 <SEP> angeordnet, <SEP> welches <SEP> die <SEP> Leitsehau Pelwand <SEP> -1 <SEP> -2 <SEP> drehbar <SEP> abstützt. <SEP> Die <SEP> Hauptlag@er abstützung <SEP> des <SEP> Leitsellaufelrotors <SEP> erfolgt
<tb> (1ni-eb <SEP> eine <SEP> Lagerbfichse <SEP> 18, <SEP> clic <SEP> in <SEP> cleni <SEP> Ge- häuse 11,c: abgestützt ist und äussere Lager -16, .17 trägt, auf welchen der Nabenteil der Wand 45 drehbar abgestützt ist;
die Lager büchse -18 trägt auch mittels Itineillagern -19, 50 das hintere Ende der Welle 14. Diese An ordnung setzt die Geschwindigkeiten der Hauptlager wesentlich Herab, im Vergleich mit einer Anordnung, bei welcher die Lager einmittelbar zwischen der 1lauptwelle 14 und dem Turbinenleitsehaufelrotor eing-efii,),rt sind.
Vorteilhaft ist die l.a,#erbüehse 4-8 nicht aus einem Stück mit dein Gehäuse 11x gebilclel, sondern in dieses eingepasst und eingekeilt. Die Abgase der Turbine werden in einen Auspuffkanal geleitet, der durch die Glieder 31-, 35 bestimmt ist, die in einer Strahldüse (nicht gezeigt)
endigen. Der Schub dieser Düse wird dureli einen Luftstrom unterstützt, der durch ein in einem Leitkanal angeordnetes Hilfsgebläse geliefert wird, das unmittelbar durch den Turbinenleitsehaufelrotor angetrieben wird.
Dieses Hilfsgebläse ist wie folgt gebildet: Der drehbare Leitsehaufelträg-er 60 der Turbine weist zusätzlich zum innern, die ä uf,iere Bc- grenzuli001 des Turbinenkanals bestimmenden Ring ein äusseres Ringelement auf, das einen Teil der innern Begrenzung eines äussern Ringkanals bestimmt, in welchem das Hilfs <U>g</U>eb<U>l</U>äse arbeitet.
Diese innere Begrenzung ist auf jeder Seite des Leit.selia.ufelgehäuseträ- gers 60 durch einen stillstehenden Ring 59 am hintern Ende und ein stillstehendes, einen Teil des stillstehenden Turbinengehäuse--liedes 31x bildendes Ringelement am vordern Ende fort gesetzt.
Die äussere Begrenzung des Gebläse kanals ist durch ein auhresetztes Gehäuse .5 7 gebildet, das vorn und hinten mit den Glie dern 31x und 59 durch radiale Rippen 56 bzw. 58 verbunden ist, welche auch als Ein l.ass- und Auslassleitflügel fier das Hilfsge bläse wirken;
das letztere weist zwei Lauf- selia:Lifelkränze 61, welche an dem Turbinen- leitseliaufelträger 60 befestigt sind, und einen einzelnen Kranz von Statorsehaufeln 63 auf, welche ein dem äussern Gehäuseglied 57 be festigt sind.
Die innern Enden der Statorschaufeln 63 sind, wie in der Zeichnung gezeigt ist, durch einen Abdeckring miteinander verbunden, wel cher in einer im äussern Ringelement des Tur- binenleitschaufelträgers 60 gebildeten Nut liegt.
Die äussern und innern Begrenzungen des Hilfsgebläses sind vorn und hinten durch Verkleidungen 39, 40 bzw. 65, 64 fortgesetzt. Der durch die letzteren Glieder bestimmte Leitkanal führt. rückwärts zti einer ringiör- inigen Strahldüse, welche die Strahldüse für die Auspuffgase der Turbine umgibt;
die vor- dern Enden der Verkleidungen 39, -10 bestim men einen Lufteinlass für den Hilfsgebläse kanal, dessen Einlass in der gleichen Ebene wie der Lufteinlass des Kompressors liegt, der durch die innere Wand 40a der Verklei dung 40 und eine buckelförmige Verkleidung 38x bestimmt ist, die an der vordern Stirn wand 53 angeordnet ist.
Die äussere Begrenzungswand 39 des ring förmigen Hilfsgebläsekanals ist am Einlass durch die Aussenhaut 10 der Gondel fortge setzt.
Fig. 3 stellt eine Abänderung der Ausfüh rungsform der Fig. 2 dar, bei welcher ein zusätzliches Hilfsgebläse, das in dein gleichen Kanal und in Reihe mit dem durch den Turbinenleitschaufelr otor getriebenen, mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Hilfsgebläse arbeitet, durch einen drehbaren Teil des Kom- pressorleitschaufelgebildes angetrieben wird.
Der Kompressor ist in zwei Teile, einen Nie- derdruck- und einen Hochdruckteil geteilt, von welchen der erstere stillstehende Leit- schaufeln und der letztere rotierende Leit- schaufeln, welche alle durch die Bezugszahl 1.7 bezeichnet sind, besitzt.
Die Leitschaufeln des Niederdruckteils des Kompressors sind an i der Innenseite eines Statorgehäusegliedes 51x befestigt, welches auch mit ihm aus einem Stück gebildete Rippen und ein ringförmiges Element aufweist, das einen Teil der innern Begrenzung des Hilfsgebläsekanals bestimmt. Dieses Glied 51x ist wie in Fig. 2 mit der vordern Stirnwand 53 durch radiale Rippen 52 verbunden.
Die innern Enden des letzten stillstehen- den Leitschaufelkranzes (am Glied 51x befe stigt) sind an einer Wand 69 befestigt, welche auf der Welle 14 mittels eines Lagers 70 ab- Olestützt ist, wodurch ein Träger für das hin tere Ende des Gehäusegliedes 51x vorgesehen wird.
Das Statorgehäuseglied 25x am hintern I'.nde des Kompressors (siehe auch Fig. 2) ist bei diesem Beispiel ein aus einem Stück bestehendes kastenförmiges Gebilde, das in nere und äussere ringförmige Wände und radiale Versteifungsrippen aufweist.
Die innere Wand bildet die äussere Be- O.r enzung des Übergangskanals, der vom Kompressor zur Verbrennungskammer führt und die äussere Wand bildet einen Teil der innern Begrenzung des ringförmigen Hilfs- gebläsekanals.
Zwischen den Gliedern 51x und 25x ist der drehbare Teil des Kompressorleitschaufel- gebildes gelegen. Dieser Leitschaufelrotor weist Leiträder 67, die drehbar mittels Lagern 68 auf der Welle 14 abgestützt sind, eine mit einer Nabe versehene Stirnwand 77, Kränze von Leitsehaufeln 17 und einen drehbaren Leitschaiüelträuer 66 von kastenförmigem Querschnitt auf.
Die Ränder der Räder 67 und der Stirn wand 77 sind durch die Leitsehaufelkränze 17 mit der Innenseite des Trägers 66 ver bunden, dessen Aussenseite zwei Kränze von C;ebläseschaufeln 71, 72 trä.@,@'t, welche die Laufschaufeln des zusätzlichen Hilfsgebläses bilden. Zwischen den Kränzen 71, 72 der Laufschaufeln liegt ein Kranz 73 von Stator- schaufeln, welche von einem äussern Gehäuse mantel 74 einwärts vorstehen, der einen Teil der äussern Begrenzung des ringförmigen Hilfsgebläsekanals bildet.
Der äussere Ge häusemantel 74 ist mit den Kompressor-Sta- torgehäusegliedern 51x, 25x durch radiale Rippen 75 bzw. 76 fest verbunden, welche auch Einlass- und Auslassleitflügel für das Hilfsgebläse 71, 72, 73 bilden.
Die Lagerbüehse 48 der Fig. 2 ist bei der Ausführungsform der Fig. 3 durch eine verlängerte Lagerbüelise 48x ersetzt, deren vordere Verlängerung äussere Lager 78, 79 triigt, welche den Nabenteil der Stirnwand 7 7 drehbar abstützen. Sie trägt auch innere Lager 80, 81, in -elchen die Welle 14 drehbar abgestützt ist.
1)a bei diesem Beispiel die Verkleidungen 39, -10, welche den Einlass des Ililfsgebläse- kanals bestimmen, dort endigen, wo sie mit den Gliedern 7-1 bzw. 51.x verbunden sind, sind zusätzliche Verkleidungen 82, 83 vor- lesehen, welche die Begrenzungen des Hilfs- gebliisekanals zwischen den CTliedern 74, <B>57</B> bzw. ?>j-, 31.x bestimmen.
In andern Beziehungen ist die Anord- nun- der Teile -leicli der in Fig. \? gezeigten, wobei sieh die L"berweisungszahlen der Fig. 3, welche bisher nicht erwähnt wurden, auf die < gleichen Teile wie in Fi-. 2 beziehen.