CH379199A - Ggasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

  Gasturbinentriebwerk    Die vorliegende     Erfindung    betrifft ein Gasturbi  nentriebwerk mit konzentrisch     ineinanderliegenden     Luft- und     Heissgaskanälen,    deren Wände hohle Trag  ringe aufweisen, die durch radial stehende hohle Stre  ben verbunden sind, wobei die Innenräume der Stre  ben und mindestens eines Tragrings miteinander in  Verbindung stehen und Luft vom Verdichter durch  die den     Heissgaskanal    durchsetzenden     Strebenteile     leiten.  



  Bei einer Turbomaschine, deren Kompressor  durchlass konzentrisch zu einem     Turbinendurchlass     angeordnet ist, wie z. B. bei einem Strahltriebwerk,  oder einem der Turbine nachgeschalteten, mit einem  Gebläse versehenen     Schuberhöhungsaggregat    erzeugt  die grosse Temperaturdifferenz zwischen den durch  die Durchlässe strömenden Gase thermische Span  nungen in der Maschinenstruktur.

   Da die Teile des  Turbinendurchlasses viel höheren Temperaturen aus  gesetzt sind als diejenigen des     Kompressordurch-          lasses,    haben diese Teile, die innerhalb und benach  bart des Turbinendurchlasses angeordnet sind, die  Tendenz zu stärkerer Wärmeausdehnung als die  jenigen des     Kompressordurchlasses.    Diese Ausdeh  nungsunterschiede erzeugen Spannungen in der gan  zen Maschinenstruktur, welche ein Verziehen oder  Verkrümmen und     schlussendlich    einen Bruch von  verschiedenen Teilen hervorrufen können.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Gas  turbinentriebwerk geschaffen, das sich dadurch aus  zeichnet, dass in dem den Luftkanal durchsetzen  den Teil der Streben durch Trennwände am     an-          strömseitigen    und     abströmseitigen    Ende Kanäle  gebildet sind, die mit einem der Tragringe in  Verbindung stehen, und dass dieser Tragring  über Öffnungen mit dem     Heissgaskanal    in Ver  bindung steht, so dass Heissgas durch diesen Trag-    ring und die beiden     Strebenkanäle    radial nach aussen  geleitet wird.  



  In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh  rungsform des als     Schuberhöhungsaggregat    ausge  bildeten Gasturbinentriebwerkes erläutert. Es zeigen:       Fig.    1 einen Schnitt durch das     Schuberhöhungs-          aggregat,          Fig.2    den vorderen Teil des Aggregates nach       Fig.    1 teilweise im Schnitt,       Fig.    3 einen Grundriss des vorderen Rahmenteils       (Fig.    2),       Fig.    4 einen Schnitt durch den hinteren Rah  menteil des Aggregates nach     Fig.    1,

         Fig.    5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 in     Fig.    4,       Fig.    6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in     Fig.    4  und       Fig.    7 den hinteren Rahmenteil nach     Fig.    4 im  Grundriss.  



  Mit 11 ist allgemein das     Schuberhöhungsaggregat     bezeichnet, das am     Auslass    12 eines Gasgenerators, wie  z. B. eines Gasturbinentriebwerkes, befestigt ist. Das       Schuberhöhungsaggregat    11 besitzt einen vorderen  Rahmen 13 und einen hinteren Rahmen 14, die ein  äusseres Gehäuse 15, ein Zwischengehäuse 16 und  ein inneres Gehäuse 17 abstützen. Zwischen dem  äusseren Gehäuse 15 und dem Zwischengehäuse 16  ist ein ringförmiger     Verdichterdurchlass    18 gebildet,  während durch das Zwischengehäuse und das innere  Gehäuse 17 ein     Turbinendurchlass    19 begrenzt wird.  Ein Rotor 21 ist in zwei Lagern 22 und 23 abgestützt,  die durch den vorderen und hinteren Rahmen ge  tragen werden.

   Der Rotor besitzt eine Scheibe mit  einer Mehrzahl von Schaufelelementen 24, die je  durch eine Turbinenschaufel und eine Kompressor  schaufel, welche stirnseitig miteinander verbunden  sind, gebildet werden.      Der vordere Rahmen 13 weist einen inneren Ring  25 auf, der am inneren Gehäuse befestigt ist, einen  Zwischenring 26, am Zwischengehäuse befestigt, und  einen äusseren Ring 27, der mit der Aussenseite des  äusseren Gehäuses verbunden ist. Die drei Ringe sind  durch eine Mehrzahl von radialen hohlen Streben 28  miteinander verbunden. Der hintere Rahmen 14 be  sitzt einen inneren Ring 29, am inneren Gehäuse  befestigt, und einen äusseren Ring 31, welcher am  äusseren Gehäuse gesichert ist. Die Ringe 29 und 31  sind mit einer Mehrzahl von radialen hohlen Streben  untereinander verbunden.

   Die äusseren Ringe 27 und  31 sind der Atmosphäre ausgesetzt, der Zwischen  ring 26 wird von den Gasen im     Verdichterdurchlass          bestrichen,    und die inneren Ringe 25 und 29 sind den  Verbrennungsgasen ausgesetzt, welche dem Innenteil  der     Rotoreinheit    entlang innerhalb des Gehäuses 17  strömen. Verkleidungen 33 und 34 umgeben die vor  deren und hinteren Streben 28 und 32 innerhalb des  Turbinendurchlasses 19.  



  In     Fig.2    ist die Konstruktion des vorderen  Rahmens im Detail dargestellt. Trennwände 35 und  36, die den     Vorder-    und Hinterkanten jeder Strebe 28  benachbart sind, unterteilen das Innere derselben in  Kanäle 37, 38 und 39 und bilden gleichzeitig innere  Verstrebungen, um die Streben zu versteifen. Der  innere Ring 25 ist kastenförmig ausgebildet und be  sitzt voneinander distanzierte innere und äussere  Wände 41 und 42.

   Die radial einwärts liegenden  Enden der Streben sind in Öffnungen der Wände 41  und 42 befestigt, wobei die offenen Enden der Streben  durch die Wand 41     hindurchragen.    Der Zwischen  ring 26 besteht aus zwei hohlen     hutförmigen    Teilen  43 und 44, die in axialer     Richtung    voneinander  distanziert und durch einen zylindrischen Teil 45 an  deren radial einwärts gerichteten Kanten verbunden  sind. Die Streben sind in Öffnungen im Zwischenring  befestigt, und die Kanäle 37 und 39 stehen mit den  hutförmigen Teilen 43 und 44 über die Öffnungen  46 und 47 in Verbindung.

   Der äussere Ring 27 ist  ähnlich dem Zwischenring ausgebildet und besitzt  zwei hohle hutförmige Teile 48 und 49, die durch  einen     zylindrischen    Mittelteil 51 verbunden sind. Die  Streben 28 erstrecken sich durch den äusseren     Ring     und sind     än    demselben befestigt. Eine Schicht von  Isoliermaterial 52 bedeckt den Ring an beiden Seiten  jeder Strebe und bildet einen Kanal 53 zusammen mit  den Hutteilen und dem Mittelteil 51. Die Kanäle 37  und 39 stehen mit den Hutteilen 48 und 49 durch  Öffnungen 54 und 55 in Verbindung, währenddem  der Kanal 38 durch die     Öffnungen    56 mit dem Kanal  53 in Verbindung steht.

   Eine Verkleidung 33 um  gibt jede Strebe innerhalb des Turbinendurchlasses  und ist am inneren Gehäuse 17 und an der inneren  Wand des Zwischengehäuses 16 befestigt.  



  Wie aus     Fig.    4 hervorgeht, ist der hintere innere  Ring ähnlich dem entsprechenden vorderen Ring 25  kastenartig ausgebildet. Innerhalb jeder Strebe 32  erstrecken sich die Trennwände 57 und 58 vom Zwi  schengehäuse zum äusseren     Ring    31 und unterteilen    das Innere der Strebe in Kanäle 59 und 61, benach  bart den     Vorder-    und Hinterkanten. Der äussere Ring  weist zwei hohle hutförmige Teile 62 und 63 auf, die  an deren radial einwärts gelegenen Kanten durch  einen zylindrischen Teil 64 verbunden sind. Die  Kanäle 59 und 61 stehen mit dem Inneren des Zwi  schengehäuses 16 über Öffnungen 65 und 66 und mit  den Hutteilen 62 und 63 über Öffnungen 67 und 68  in Verbindung.  



  Im Betrieb des Aggregates dehnen sich sowohl der  innere Ring 25 als auch die inneren Teile der Streben  28 in radialer     Richtung    beträchtlich, und zwar unter  dem Einfluss der sehr heissen     Turbinenauslassgase.     Der äussere Teil der Strebe und der Zwischenring  dehnen sich unter dem Einfluss der viel kühleren  Gase im     Verdichterdurchlass    geringfügig, während der  äussere Ring 27 überhaupt nicht wächst. Um die  Expansion des inneren Ringes und der Streben im  Zwischenring und in den äusseren Ringen zu absor  bieren, werden die beiden Ringe 26 und 27 erwärmt,  währenddem der innere Teil der Strebe von den     Tur-          binenauslassgasen    abgeschirmt wird.

   Turbinenkühl  luft, welche zur Kühlung der Turbinenträger des  Triebwerkes verwendet wird, strömt durch die offenen  inneren Enden der Streben 28 und radial nach  aussen durch den Kanal 38. Die     Turbinenkühlluft     wird durch Öffnungen 56 aus den Streben in die  Kanäle 53 abgeführt und umströmt das Gehäuse in  Umfangsrichtung unter der Isolation 52. Wie aus       Fig.    3 hervorgeht, ist zwischen den Kanten von be  nachbarten Isolationsstücken ein Spalt 69 belassen,  um einen     Auslass    für die     Turbinenkühlluft    zu bilden.    Die Verbrennungsgase aus der Turbine werden  durch eine Öffnung 71     (Fig.    2) aufgenommen und  strömen in das Innere des Zwischenringes 26.

   Diese  Gase treten darauf in die Hutteile 43 und 44 ein  und durchströmen dieselben in Umfangsrichtung. Ein  Teil der Gase tritt durch die Öffnungen 46 und 47  und strömt radial nach aussen durch die Kanäle 37  und 39, um     Vorder-    und Hinterkanten der Streben  28 an ihren äusseren Teilen zu enteisen. Diese Gase  werden darauf durch Öffnungen 54 und 55 in die  Hutteile 48 und 49 des äusseren Ringes eingelassen.  Nachdem sie das äussere Gehäuse in Umfangsrichtung  umströmt und dasselbe und den äusseren Ring er  wärmt haben, werden sie durch Öffnungen 72 und 73  in den Hutteilen in die Atmosphäre abgeführt     (Fig.    3).

    Die Verkleidung 33, welche den inneren Teil jeder  Strebe umgibt,     schirmt    denselben gegen direkte Be  rührung durch die Verbrennungsgase ab und ver  ringert dessen Expansion.    Der vordere Rahmen nimmt radiale und axiale  Belastungen vom Lager 22 her und axiale Belastun  gen an den inneren und äusseren Ringen von der  Schubdüse her auf. Diese Lasten werden alle auf den  Gasgenerator 12     übertragen,    und zwar am Zwischen  ring 26. Der hintere Rahmen übernimmt nur radiale  Belastungen vom Lager 23 und dient dazu, das innere  und äussere Gehäuse in konzentrischer Lage zu halten.

        Im hinteren Rahmen 14 treten     Turbinenauslass-          gase    durch die Öffnung 74     (Fig.    4) und zirkulieren  innerhalb des Zwischengehäuses 16. Die Gase strö  men darauf durch Öffnungen 65 und 66 in die Kanäle  59 und 61 und verlassen dieselben durch Öffnungen  67 und 68, um in das Innere der Hutteile 62 und 63  einzutreten. Diese Gase enteisen die     Vorder-    und  Hinterkanten der äusseren Teile der Streben 32 und  umströmen das äussere Gehäuse in Umfangsrichtung,  um dasselbe sowie den äusseren Ring zu erwärmen,  worauf sie durch Öffnungen 75 und 76 in den Hut  teilen 62 und 63     (Fig.    7) in die Atmosphäre  abgeführt werden.

   Die Verkleidung 34 erfüllt  bezüglich der Strebe 32 die gleiche Funktion wie  die Verkleidung 33 bezüglich der Strebe 28, indem  diese Strebe von einer direkten     Berührung    mit den  Verbrennungsgasen aus der Turbine abgeschirmt und  dessen Expansion verringert wird. Die Verkleidung  34 stützt überdies das Zwischengehäuse am inneren  Gehäuse ab.  



  Da die konzentrischen Ringe der vorderen und  hinteren Rahmen im wesentlichen den gleichen Tem  peraturen ausgesetzt werden, durch Zirkulation von  Heizgas, hat der ganze Rahmen die Tendenz, gleich  mässig zu expandieren.     Thermische    Spannungen, die  aus unterschiedlicher Expansion der Rahmen her  rührt, ist somit auf ein Minimum     reduziert.     



  Der Zwischenring 26 und die äusseren Ringe 27  und 31 sind aus zwei Hutteilen und zylindrischen  Mittelteilen gebildet, um die in kastenartigen Gebil  den vorhandene     Beanspruchungsart    zu kompensieren.  Da die Streben axialen Beanspruchungen von der  Schubdüse ausgesetzt sind, haben sie die Tendenz, in    axialer Richtung auszubiegen, Dadurch ergibt sich an  den Zwischen- und Aussenringen ein Biegemoment,  so dass die     Steifigkeit    der Ringe hauptsächlich an  deren axialen Enden vorhanden sein muss, um dem  Biegemoment entgegenzuwirken. Hierfür eignen sich  die doppelten Hutteile, die tatsächlich steifer sind als  eine entsprechende kastenförmige Ausgestaltung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gasturbinentriebwerk mit konzentrisch inein- anderliegenden Luft- und Heissgaskanälen, deren Wände hohle Tragringe aufweisen, die durch radial stehende hohle Streben verbunden sind, wobei die Innenräume der Streben und mindestens eines Trag rings miteinander in Verbindung stehen und Luft vom Verdichter durch die den Heissgaskanal durch setzenden Strebenteile leiten, dadurch gekennzeich net, dass in dem den Luftkanal (18) durchsetzenden Teil der Streben (28, 32) durch Trennwände (35, 36 bzw. 57, 58) am anströmseitigen und abströmseitigen Ende Kanäle (37, 39 bzw.

   59, 61) gebildet sind, die mit einem der Tragringe (26 bzw. 16) in Verbindung stehen, und dass dieser Tragring über Öffnungen (71 bzw. 74) mit dem Heissgaskanal (19) in Verbindung steht, so dass Heissgas durch diesen Tragring und die beiden Strebenkanäle radial nach aussen geleitet wird. UNTERANSPRUCH Gasturbinentriebwerk nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der radial äussere Trag ring (27 bzw. 31) mit in die Umgebung führenden Austrittsöffnungen versehen ist.