CH355328A

CH355328A - Gas turbine plant

Info

Publication number: CH355328A
Authority: CH
Inventors: Willgoos Andrew Van Dean
Original assignee: United Aircraft Corp
Priority date: 1954-03-03
Filing date: 1954-03-03
Publication date: 1961-06-30

Description

Installation ä turbine ä gaz La presente invention se rapporte ä une installa- tion ä turbine ä gaz d'estinee, par exemple, ä l@a pro- pulsion d'un avion. Gas turbine plant The present invention relates to a gas turbine plant for use in, for example, the propulsion of an airplane.

Cette installation comprend un compresseur ä ecoulement axial, plusieurs chambres de combustion disposees peripheriquement et une .turbine de meme axe que 1e compresseur et dont 1e rotor est directe- ment reue ä celui du compresseur par un arbre s'etendant axialement ä 1'intärieur du groupe de chambres. de combustion. This installation comprises an axial-flow compressor, several combustion chambers arranged on the periphery and a turbine on the same axis as the compressor and whose rotor is directly received from that of the compressor by a shaft extending axially inside the turbine. group of rooms. burning.

Suivant Pinvention, cette installation est caracte- risee par un manchon dispose inteneu-rement par rapport aux chambres de combustion et concentri- quement par rapport audit arbre, ledit manchon etant reue au stator de compresseur au moyen d'un trongon de carter comportant une enveloppe inte- rieure et une enveloppe exterieure reliees entre elles et espacees Pune de Fautre, 1e stator de compresseur etant relie ä Fenveloppe exterieure, tandis que 1e manchon est relie aux deux enveloppes au moyen d'un e1ement presentant des bras, ce manchon etant relie, d'autre Part, au stator de turbine au moyen d'un disque annulaire, 1e tont de fagon que ce man- chon forme avec les stators de eompresseur et de turbine et ledit trongon de carter la seine structure de Support et d'alignement pour lies elements de Pins- tallation. According to the invention, this installation is characterized by a sleeve disposed internally with respect to the combustion chambers and concentrically with respect to said shaft, said sleeve being received at the compressor stator by means of a casing section comprising an envelope inner shell and an outer casing connected to one another and spaced apart from each other, the compressor stator being connected to the outer casing, while the sleeve is connected to the two casings by means of an element having arms, this sleeve being connected, on the other hand, to the turbine stator by means of an annular disc, the manner in which this sleeve forms with the compressor and turbine stators and said housing section the supporting and alignment structure for Installation components.

Le dessin represente, ä titre d'exempl6, une for me d'execution de Fobjet de Finvention. The drawing represents, by way of example, one form of execution of the object of the invention.

La fig. 1 est une coupe longitudinale dune partie de l'extremite avant de cette forme d'execution ; la fig. 2 est une coupe longitudinale, ä une echelle un peu plus petite, dune partie interme- diaire ; la fig. 3 est une coupe, ä la meme echellle que la fig. 2, de la partie comprenant la turbine ; la fig. 4 est une vue ä plus petite echelle, suivant Faxe, du trongon de carter fixe au stator de com- presseur, et la fig. 5 est une coupe du manchon de liaison. L'installation representäe comprend un compres- seur 10 ä ecoulement axial, qui decharge de Pair dans des chambres de combustion 14, disposees p6ri- ph6riquement autour de Faxe de Finstallation. A partir des chambres de combustion, les, gaz passent dans la turbine. La turbine est de meme axe que 1e compresseur et son rotor entraine dimectement 1e rotor de ce dernier par Fintermediaire dun arbre comprenant un manchon 284. fig. 1 is a longitudinal section of part of the front end of this embodiment; fig. 2 is a longitudinal section, to a somewhat smaller scale, of an intermediate part; fig. 3 is a section, to the same scale as FIG. 2, of the part comprising the turbine; fig. 4 is a view on a smaller scale, according to Faxe, of the casing section fixed to the compressor stator, and FIG. 5 is a section of the connecting sleeve. The plant shown comprises an axial flow compressor 10 which discharges air into combustion chambers 14 disposed peripherally around the face of the plant. From the combustion chambers, the gases pass into the turbine. The turbine is on the same axis as the compressor and its rotor directly drives the latter's rotor via a shaft comprising a sleeve 284.

Le compresseur comporte plusieurs rangees d'au- bes fixes 123 supportäes par 1e stator 124 et alter nant avec des series RTI ID="0001.0271" WI="12" HE="4" LX="1345" LY="1777"> d'aubes portees par 1e rotor. The compressor comprises several rows of fixed blades 123 supported by the stator 124 and alternating with series RTI ID="0001.0271" WI="12" HE="4" LX="1345" LY="1777"> blades carried by the first rotor.

A son extremite arriere, 1e carter 124 du com- presseur est boulonne ä Fenveloppe exterieure d'un trongon de carter supportant des appareils auxiliai- res. Dans l'espace compris entre Fenveloppe exte- rieure et une enveloppe interieure 154 du trongon de carter est monte un collecteur dair 150 qui dinge Fair sortant du compresseur vers les extremites. d'ad- mission des chambres de combustion 14, au nombre de huit. Le collecteur 150 comprend une partie annulaire ouverte du cöte de la sortie du compres- seur et une Serie de tubulures de decharge 152 com- muniquant avec les diffärentes chambres de com- bustion. At its aft end, the compressor housing 124 is bolted to the outer shell of a housing section supporting auxiliary equipment. In the space between the outer casing and an inner casing 154 of the crankcase section is mounted an air manifold 150 which gulps air exiting the compressor towards the ends. admission of the combustion chambers 14, eight in number. The collector 150 comprises an annular part open on the side of the outlet of the compressor and a series of discharge pipes 152 communicating with the various combustion chambers.

Un palier 153 monte Jans Penveloppe 154 Sup- porte 1'extremite amont de Parbre reliant les rotors du compresseur et de la turbine, oet arbre presentant ä cette extremite un trongon creux 144 solidaire du rotor du compresseur. L'air est amene du compres- seur au cälllecteur 150 par un court conduit de sec- tion annulaire presentant des entretoises de raidisse- ment 155 formant aubes de guidage. A son extremite aval, 1'enveloppe interieure 154 est reli & ä 1'extre- mit6 aval de Fenveloppe ext6rieure du trongon de carter 148 par une cloison annulaire 156 pourvue d'ouvertures espac6es 157 pour le passage des tubu- lures 152 du collecteur 150. L'enveloppe exterieure du trongon de carter 148, F@enveloppe int6rieure 154 et la cloison 156 sont de pr6f6rence assemb16es par soudage. Un presse-6toupe 158 est dispos6 d'un c6te du palier 153, et un autre presse-etoupe 159 est dispos6 de lautre c6t6, enfermant ainsi le palier pour r6duire ou supprimer los fuites de lubrifiant. Ces presse-dtoupes sont fix6s amoviblement par des bou- lons 160. A bearing 153 mounts on the casing 154 supports the upstream end of the shaft connecting the rotors of the compressor and of the turbine, this shaft having at this end a hollow section 144 integral with the rotor of the compressor. The air is brought from the compressor to the collector 150 by a short duct of annular section having stiffening spacers 155 forming guide vanes. At its downstream end, the inner casing 154 is connected to the downstream end of the outer casing of the housing section 148 by an annular partition 156 provided with spaced openings 157 for the passage of the pipes 152 of the manifold 150 The outer casing of the casing section 148, the inner casing 154 and the partition 156 are preferably assembled by welding. A gland 158 is disposed on one side of the bearing 153, and another gland 159 is disposed on the other side, thereby enclosing the bearing to reduce or eliminate lubricant leakage. These cable glands are removably fixed by bolts 160.

Le trongon de carter 148 pir6sente une s6rie de brides d'attache 162 (fig. 4) 6cart6es angulairement et dont certaines supportent des appareils auxiliaires (non repr6sentes) tels quo los pompes de graissage. Les brides supportant ces appareils alternent avec des brides de montage auxquelles se fixem los pattes (non representäes) passant entre los appareils auxi- haires et destinees ä recevoir des attaches par les- quelles 1'installation est supportee dans un avion. The casing section 148 supports a series of attachment flanges 162 (FIG. 4) spaced apart at an angle and some of which support auxiliary devices (not shown) such as lubrication pumps. The flanges supporting these devices alternate with mounting flanges to which are fixed the legs (not shown) passing between the auxiliary devices and intended to receive fasteners by which the installation is supported in an aircraft.

Entre los brides d'attache voisines 162, le tron- gon de carter 148 presente des bossages 165 (fig. 1) supportant los tuyeres ä carburant 166 (fig. 1) des chambres de combustion. Ces tuy6res sont dispasees de fagon ä pouvoir eire enlevees d'un bloc et sont maintenues en place par des boulons 168. L'extr6- mit6 de sortie des tuyeres 166 se raccorde ä une bague 170 dispos6e Jans la tubulure 152 et est voi- sine dune couronne conique 172 mont6e dans Fex- tr6mit6 d'amont de la chambre de combustion. La bague 170 est support6e Jans un manchon 174 par des ailettes radiales 176 et 1e manchon est Supporte dans la tubulure par d'autre.s ailettes 178. Between the adjacent attachment flanges 162, the casing section 148 has bosses 165 (fig. 1) supporting the fuel nozzles 166 (fig. 1) of the combustion chambers. These nozzles are spaced so that they can be removed as a unit and are held in place by bolts 168. a conical crown 172 mounted in the upstream end of the combustion chamber. Ring 170 is supported in sleeve 174 by radial fins 176 and the sleeve is supported in the manifold by other fins 178.

Le trongon d'arbre 144 porte une raue dent6e 179 en Prise avec plusieurs pignons 180, support6s par los consoles 181 et par 1'anneau 161. Les con- soles sont assemb16es ä 1'anneau par des boulons 182. L'anneau 161 possede un rebord 161a faisant saillie vors l'exterieur ä son extr6mit6 aval et qui est fix6 ä Fenveloppe int6rieure 154 au moyen dune rang6e de vis 183a. Les pignons sont mont6s avec leurs axes ä angle droit par rapport aux brides d'atta- che 162, et chaque pignon commande, par exemple, un appareil auxihaire par 1'interm6diaire dune cla- vette 183. La roue dent6e 179 est mont6e Sur 1e tron@on d'arbre au moyen de cannelures et est maintenue en place par des manchons 184 et 186, 1e tout dtant serre en Position par une bague de serrage 188 viss6e Sur 1'extr6mite du trongon d'arbre 144. Le manchon 186 pr6sente une bride fix & par des boulons 287 ä une bride du manchon 284 de Farbre. The shaft stub 144 carries a gear wheel 179 meshed with several pinions 180, supported by the brackets 181 and by the ring 161. The brackets are connected to the ring by bolts 182. The ring 161 has an outwardly projecting flange 161a at its downstream end which is secured to the inner casing 154 by means of a row of screws 183a. The pinions are mounted with their axes at right angles to the mounting flanges 162, and each pinion drives, for example, an auxiliary device through a key 183. The toothed wheel 179 is mounted on the shaft section by means of splines and is held in place by sleeves 184 and 186, the whole being clamped in position by a clamping ring 188 screwed onto the end of the shaft section 144. Sleeve 186 has a flange fixed by bolts 287 to a sleeve flange 284 of the shaft.

Un manchon cylindrique 190, coaxial avec Far bre est log6 ä 1'int6rieur du groupe de chambres de combustion 14. Ce manchon pr6sente los alles de raidissement longitudinales 192 s'et@endant radiale- ment vors l'ext6rieur. Les alles portent axt6rieure- ment des rebords 194 pour leur raidissage. A 1'extr6mit6 d'amont, 1e manchon 190 est solidaire d'un 616ment annulaire 196 qui est fixd par des bou- lons 198 ä une collerette de Penveloppe int6rieure 154. Les extr6mites d'amont des alles 192 sont soli- daires de bras de renforcement 200 solidaires de 1'6lement 196 et qui sont solidaires ä leurs extrenütds ext6rieures d'un 616ment annulaire fix6 ä la peri- pMrie de la cloison 156 par des boulons 202. Un disque annulaire en forme de cuvette 204 est fix6 ä 1'extremite aval du manchon 190 et des alles. Le bord exterieur conique 206 dirige vors 1'arriere de ce disque est fixe au stator de la turbine. A cylindrical sleeve 190, coaxial with the fiber, is housed inside the group of combustion chambers 14. This sleeve has the longitudinal stiffening alleys 192 extending radially outwards. The aisles carry rims 194 on the outside for their stiffening. At the upstream end, the sleeve 190 is integral with an annular element 196 which is fixed by bolts 198 to a flange of the inner casing 154. The upstream ends of the aisles 192 are integral with arms of reinforcements 200 integral with the element 196 and which are integral at their outer ends with an annular element fixed to the periphery of the partition 156 by bolts 202. An annular disc in the form of a bowl 204 is fixed to the downstream end of the sleeve 190 and of the aisles. The tapered outer edge 206 facing the rear of this disc is attached to the turbine stator.

Les chambres de combustion 14 sont dispos6es de fagon ä pouvoir etre enlev & s separement sans avoir ä d6monter completement la totafit6 de Fins- tallation. Chacune des chambres de combustion 14 comporte une enveloppe exterieure 210 et une enve- loppe int6rieure 212, s6par & de Fenveloppe 210 spar des entretoises 214 et 216. L'extr6mit@ d'entr6e de 1'enveloppe exterieure 210 est reli6e ä la tubulure 152 par une bague de serrage fendue 218, et l'extrd- mit6 aval de 1'enveloppe exterieure est reli6e de meme au colleateur d'admission 220 de la turbine, par une bague de serrage fendue 222. L'enveloppe ext6rieure comprend une section flexible 224 pour permettre la dilatation @thermique. The combustion chambers 14 are arranged so that they can be removed separately without having to completely dismantle the entire installation. Each of the combustion chambers 14 has an outer shell 210 and an inner shell 212, separated from the shell 210 by spacers 214 and 216. The inlet end of the outer shell 210 is connected to the manifold 152 by a split clamp ring 218, and the downstream end of the outer shroud is likewise connected to the turbine inlet manifold 220 by a split clamp ring 222. The outer shroud includes a flexible section 224 to allow thermal expansion.

L'extremite d'entr & de 1'enveloppe interieure 212 s'aligne avec 1'extremite aval du manchon 174, et porte en alignement avec celui-ci, la couronne coni- que 172. La disposition est tolle quo le carburant ;p6netre dans la couronne conique 172, et quo Pair primaire s'6coule autour de la tuyere 166, et ä 1'int6- rieur du manchon 174, et par Suite entre la cou- ronne 172 et la paroi de Penveloppe interieure 212. En aval dune bougie d'allumage 228 fix & Jans la paroi de la chambre de combustion, Fenveloppe inte- rieure 212 pr6sente des Parties de paroi 230 legere- ment divergentes qui presentent des perforations 232 pour 1'admission de Pair secondaire, venant de Pes- pace compris entre Fenveloppe interieure et Penve- loppe exterieure. A;pres la Partie 230, Penveloppe 212 comprend une seation convergente 234 dont 1'extremite aval se raccorde ä Fenveloppe exterieure, au voisinage de son extr6mit6 aval. L'enveloppe int6- rieure est 16gerement plus courte quo Fenveloppe exterieure, de Sorte quo quand an demonte los ba- gues de fixation 218 et 222, an peut enlever la chambre de combustion en bloc de Pinstallation saus qu'il soit n6cessaire de Mmonter Pensemble de celle-ci. Deux chambres sont disposdes dans chacun des espaces s6parant deux alles voisines 192. The inlet end of the inner casing 212 aligns with the downstream end of the sleeve 174, and carries in alignment therewith the crown cone 172. The arrangement is tolle quo the fuel; in the conical crown 172, and that the primary air flows around the nozzle 166, and inside the sleeve 174, and subsequently between the crown 172 and the wall of the inner casing 212. Downstream of a spark plug 228 fixed to the wall of the combustion chamber, the inner casing 212 has slightly diverging wall portions 230 which have perforations 232 for the admission of secondary air, coming from the space included. between the inner envelope and the outer envelope. After Part 230, casing 212 comprises a converging section 234, the downstream end of which joins the outer casing, near its downstream end. The inner shroud is slightly shorter than the outer shroud, so that when the retaining rings 218 and 222 are removed, the combustion chamber can be removed as a whole from the installation without having to disassemble the assembly. of it. Two bedrooms are arranged in each of the spaces separating two neighboring alleys 192.

Les chambres de combustion sont enferm6es dans u@ne enveloppe 236 prenant appui Sur los re- bords 194 des, alles 190. Ce@tte enveloppe 236 est form6e de Segments s'etendant Sur un angle corres- pondant sensiblement ä 900, et dont los bords libres sont boulonn6s 1'un ä Fautre. L'enveloppe 236 est fixee en place par des organes de fixation 238. The combustion chambers are enclosed in an envelope 236 resting on the edges 194 of the alleys 190. This envelope 236 is formed of segments extending over an angle corresponding substantially to 900, and whose edges free edges are bolted together. Shroud 236 is secured in place by fasteners 238.

L'espace ä 1'int6rieur de Venveloppe 236 et dans lequel se trouvent los chambres de combustion 14 peut être mis sous pression, par exemple pour une surpuissance par une ou plusieurs ouvertures 242 raccordées à des tubulures d'admission 244, repré sentées en traits mixtes sur la fig. 2. The space within the envelope 236 and in which the combustion chambers 14 are located can be pressurized, for example for power boost, by one or more openings 242 connected to intake manifolds 244, shown in dashed lines. mixed in fig. 2.

La turbine qui, entraîne le compresseur et l'hélice comporte une enveloppe intérieure 246 portant les aubes directrices fixes 260 et 248. Le rotor com porte des rangées d'aubes mobiles 250 fixées sur les disques 252. L'enveloppe 246 est supportée dans une enveloppe extérieure 208 par plusieurs tiges radiales 254 logées dans des bossages 256 montés sur l'enveloppe 208 dans des bossages 258 de l'enve loppe 246. L'enveloppe 246 et l'enveloppe 208 for ment le stator de turbine. L'enveloppe 246 com prend une couronne portant les aubes d'admission 260 et des couronnes 262 et 264, dont chacune porte une rangée d'aubes 248. Ces couronnes sont boulonnées entre elles par des boulons 266 et sont formées de demi-couronnes fixées l'une à l'autre par les boulons 268. The turbine which drives the compressor and the propeller comprises an inner casing 246 carrying the fixed guide vanes 260 and 248. The rotor com carries rows of moving vanes 250 fixed on the discs 252. The casing 246 is supported in a outer casing 208 by several radial rods 254 housed in bosses 256 mounted on casing 208 in bosses 258 of casing 246. Casing 246 and casing 208 form the turbine stator. The envelope 246 com takes a crown carrying the inlet vanes 260 and crowns 262 and 264, each of which carries a row of vanes 248. These crowns are bolted together by bolts 266 and are formed of half-crowns fixed to each other by bolts 268.

Le disque amont du rotor de turbine est solidaire du manchon 284, faisant partie de l'arbre et s'éten dant vers l'avant dans le manchon 190. Dans le man chon 284 est disposée une bague-support 288 qui reçoit et supporte la tête d'un boulon 290 qui passe à travers les disques de turbine et porte un écrou de serrage 292 maintenant l'assemblage des disques entre eux. The upstream disc of the turbine rotor is integral with the sleeve 284, forming part of the shaft and extending forwards in the sleeve 190. In the sleeve 284 is arranged a support ring 288 which receives and supports the head of a bolt 290 which passes through the turbine discs and carries a clamping nut 292 holding the assembly of the discs together.

Le rotor de turbine est supporté à son extrémité d'échappement par un palier 308 monté dans un support 302, porté par des, bras radiaux 304 logés dans des douilles 306 fixées à l'enveloppe 208. Le palier 308 présente une bague 310 de roulement montée sur un tourillon 286 du rotor. The turbine rotor is supported at its exhaust end by a bearing 308 mounted in a support 302, carried by radial arms 304 housed in bushings 306 fixed to the casing 208. The bearing 308 has a bearing ring 310 mounted on a trunnion 286 of the rotor.

On voit que le stator du compresseur 124, le tronçon de carter 148, le manchon190 et le stator de turbine forment la seule structure de support et d'alignement pour les éléments de l'installation, ce qui permet de réduire le poids de celle-ci. It is seen that the compressor stator 124, the casing section 148, the sleeve 190 and the turbine stator form the only support and alignment structure for the elements of the installation, which reduces its weight.

Claims

CLAIM Gas turbine installation, comprising an axial flow co-pressor, several combustion chambers arranged peripherally and a turbine on the same axis as the compressor and whose rotor is directly connected to that of the compressor by an axially extending shaft inside the group of combustion chambers, characterized by a sleeve (190) disposed internally with respect to the combustion chambers and concentric with respect to said shaft, said sleeve being connected to the compressor stator by means of a tron A housing assembly (148) having an inner casing and an outer casing interconnected and spaced apart, the compressor stator being connected to the outer casing, while the sleeve is connected to both casings. by means of an element having arms, this sleeve being connected, on the other hand, to the turbine stator by means of an annular disc (204) the whole so that this sleeve forms with the compressor and turbine stators and said section the only support and alignment structure for the installation elements. SUB-CLAIMS 1. Installation according to claim, charac terized in that said sleeve (190) has. radial longitudinal reinforcing wings (192), the combustion chambers being housed in the spaces between these wings, which are connected to said annular disc (204).

2. Installation according to claim and sub-claim 1, characterized by a removable cover casing (236) extending around the combustion chambers and supported by the outer edges of the wings (192).

3. Installation according to claim 1, characterized in that a manifold (150, 152) connecting the outlet of the compressor to the inlets of the combustion chambers is disposed in the annular space included, between the inner and outer envelopes of the- said crankcase section.

4. Installation according to claim and sub-claim 3, characterized in that the compressor stator and the sleeve are both removably fixed to said casing section.

5. Installation according to claim and sub-claim 3, characterized by a bearing (153) mounted in the inner casing (154) of the housing section to support said shaft.

6. Installation according to claim and sub-claim 3, characterized in that the outer envelope (l48) of the housing section has flanges for mounting the installation.