DE1017420B - Gasturbinentriebwerk mit einer mehrstufigen Turbine - Google Patents

Description

deutsches

Dia Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer mehrstufigen Turbine.

Der Zusammenbau von mehrstufigen Turbinen in Gasturbinentriebwerken erfordert normalerweise den Einbau eines Leitschaufelkranzes zwischen zwei Stufen des Laufrades. Bei bekannten Bauarten bedeutet dies, daß die Leitschaufeln eingebaut werden müssen, ehe die nächste oder weiter hinten liegende Laufradstufe montiert wird. Ebenso erfordert der Ausbau eines Leitschaufelkranzes in einer mehrstufigen Turbine den Ausbau der nachfolgenden Laufradstufe, was sehr zeitraubend ist.

Zweck der Erfindung ist es, eine solche Bauart für die Leitschaufelkränze zu schaffen, daß sie in kleinen, gewichtsmäßig leichten Einheiten zwischen die fertig eingebauten Laufradstufen eingesetzt werden können und für die Überwachung und den Ausbau leicht zugänglich sind.

Die Erfindung knüpft an der bekannten Bauart an, bei der der Leitschaufelkranz der Turbine in mehrere in Umf angsriohtung zusammenpassende Ringsegmente unterteilt ist, die von einer ringförmigen Außenwand des Gehäuses umschlossen und durch hakenartig in ringförmige Ansätze der Außenwand eingreifende Flanschleisten an der Außenwand des Gehäuses festgelegt sind. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Außenringsegmente für die Ringsegmente des nur aus einem zwischen zwei Laufschaufelkränzen angeordneten¹ Leitschaufelgitter gebildeten Leitschaufelkranzes an den äußeren Enden der Leitsohaufeln als kreiisbogenförmig gebogene U-Träger mit innenliegendem Joch ausgebildet sind, an deren freien äußeren Umfangskanten der radial nach außen gerichteten Schenkel wände axial gerichtete Flanschleisten angeordnet sind, wobei die Ringsegmente des Leitschaufelkranzes mit der einen Flanschleiste an einem benachbarten Gehäuseteil lose aufliegend abgestützt und mit der anderen Flanschleiste an der den Leitschaufelkranz umschließenden, ringförmigen Gehäuseaußenwand so verhakt sind, so· daß sich die Ringsegmente des Leitschaufelkranzes durch, axiales Abstreifen der sie übergreifenden:, ringförmigen Außenwand des Gehäuses nach dem Austrittsende der Turbine freilegen lassen und radial nach außen aushebbar sind. Bei dieser Ausbildung des Triebwerks kann man schnell und auf einfache Weise ohne Ausbau der Brennkammer und Turbinenräder Zutritt zu den Leit- und Laufschaufeln der Turbine erlangen, deren Zustand nachprüfen und beschädigte Schaufeln auswechseln.

Damit man beim Freilegen und Ausheben einzelner Ringsegmente des Leitschaufelkranzes auch die Laufschaufeln der nachfolgenden Laufradstufe freilegen kann, weist in weiterer Ausbildung der Erfindung der Gasturbinentriebwerk
mit einer mehrstufigen Turbine

Anmelder:

Canadian Patents and Development
Limited, Ottawa, Ontario (Kanada)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Nicholas Klompas, Beverly Hills P. O., Ontario,
und Joseph Thompson Purvis, Thistletown, Ontario

(Kanada),
sind als Erfinder genannt worden

Laufschaufeilkranz des in der Durchströmungsrichtung hinter dem Leitschaufelkranz angeordneten Turbinenrades eine Ummantelung aus einzelnen Segmenten auf, die, in ihrer Länge den Ringsegmenten des Leiitschaufelkranzes entsprechend, mit diesen Ringsegmenten verbunden und gemeinsam mit dem zugehörigen Ringsegment des Leitschaufelkranzes radial abnehmbar sind. Die gemeinsame Freilegung der Segmente des Leitschaufelkranzes und der ihnen zugeordneten Segmente der Ummantelung des hinteren Turbinenrades wird dadurch erleichtert, daß der die Ringsegmente des Leitschaufelkranzes umschließende Gehäusering auch die hintere Laufradummantelung umschließt und einen Ansatz aufweist, an dem die Segmente der hinteren Laufradummantelung längs ihrer dem Leitschaufelkranz abgekehrten Kante befestigt sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines üblichen Gasturbinentriebwerks mit einem Teilschnitt durch die für die Erfindung interessante Stelle, nämlich durch die Turbine,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines mit einem Ausschnitt versehenen Leitschaufelkranzsegments stark vergrößert,

Fig. 3 einen achsparallelen Schnitt entsprechend Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 3 mit abgezogenem Gehäusering und einem etwas herausgezogenen Leitschaufelkranzsegment,

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Fig. 5 einen Schnitt durch den Leitschaufelkranz senkrecht zur Turbinenwelle nach der Linie 5-5 in Fig. 4 und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den äußeren Teil der Ummantelung, stark vergrößert.

Die in den Zeichnungen dargestellte Bauart des Leitschaufelkranzes ist insbesondere zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken geeignet, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind und vorzugsweise in Flugzeugen ver-

miteinander verbunden sind, um welche herum Brennkammern 12 angeordnet sind. Die aus den Brennkammern austretenden heißen Gase beaufschlagen die Turbinenlaufräder 14 und 15.

Die beiden Laufräder 14 und 15 sind mittels Bolzen 16 fest miteinander verbunden und tragen je einen Schaufelkranz 17. Zwischen den beiden Schaufelkränzen ist ein Leitschaufelkranz vorgesehen. Die

miteinander durch radiale Stifte 34 verbunden werden können, die durch Löcher in dem verstärkten vorderen Rand und den Flansch 26 hindurchgesteckt sind.

Es ist übrigens auch möglich, die beiden Teile 19 und 33 aus einem Stück herzustellen. Dadurch würden die Leitkranzsegmente 21 axial nach hinten ragende, feste Ummantelungsringsegmente für das hintere Laufrad aufweisen.

Beide Teile, ob fest oder lösbar miteinander verbunden, werden von einem Gehäusering 35 umgeben, der mittels eines vorderen, radial nach außen gerichteten Flansches 35 α und durch Bolzen 36 mit dem Flansch 32 α des Gehäuses 32 verbunden ist und dabei den vor-

der in die Ringnut 31a des Ummantelungsringes 31 eingreift.

An der Stelle, an der das Gehäuse 32 in den. nach innen gerichteten Flansch 32 b übergeht, ist: eine Ver-5 Stärkung 32 d vorgesehen, die auf den Umfang verteilt mit Schiebesitz in radiale Bohrungen eingesetzte Stifte 32 e trägt, die zur Fixierung der Leitkranzsegmente 21 dienen. Hierzu weist jeder Flansch 24 einen entsprechenden Ausschnitt 24a auf, in den der wendet werden. Das Triebwerk weist einen Verdichter io Stift 32 c paßt, wenn sich das Segment in der richtigen 10 und eine Turbine 11 auf, die durch eine Welle 13 Lage befindet. Die Hauptwände 19 a der äußeren

Ringsegmente 19 werden nach hinten durch einen das hintere Laufrad 15 umgebenden Ummaiitekmgsring fortgesetzt. Dabei entspricht jedem Ringsegment 19 ein mit ihm verbundenes gleichlanges Segisgöfe_:33 dieses Ummantelungsringes. ,!;

Die hinteren Ummantelungsringsegmente 33 weisien,, einen verstärkten vorderen Rand mit einer Ringnut 33 a und einen verstärkten hinteren Rand mit einer Leitschaufeln 18 sind an ihren äußeren Enden mit ao Ringnut 33 b auf. In die Nut 33 α greift der Flansch 26 einem äußeren Ummantelungsring und an ihren inne- des Ringsegmentes 19 ein, so daß die beiden Teile ren Enden mit einem inneren Ring verbunden.

Die beiden Ringe sind je in mehrere kurze Segmente 19 und. 20 unterteilt. Jedes Segmentpaar ist bei dem dargestellten Beispiel durch fünf Leitschaufeln. 18 verbunden. Zwei Ringsegmente und fünf Leitschaufeln bilden ein Leitkranzsegment~21. Der gesamte Leitkranz setzt sich aus diesen Segmenten zusammen.

Die äußeren Ringsegmente 19 bestehen vorzugsweise aus zwei Wandungen, einer Hauptwand 19 α und einer Auskleidung 19 b, die auf die Innenfläche der Hauptwand aufgeschweißt oder gelötet ist.

Jedes Ringsegment 19 weist an seiner vorderen
Kante einen radial nach außen gerichteten Flansch 22
und an seiner hinteren Kante einen ähnlichen Flansch 35 deren axialen Flansch 24 des Ringsegments 19 fest·- 23 auf. Der vordere Flansch 22 ist an seinem äußeren klemmt, über den es sich hinwegschiebt. Am hinteren Rand mit einem axial nach vorn gerichteten Klemm- Rand des Gehäuses 35 befindet sich ein radial sich flansch 24 und der hintere Flansch 23 mit einem ahn- nach außen und innen erstreckender Flansch 35 b, der liehen, jedoch axial nach hinten gerichteten Klemm- an seinem inneren Rand einen sich axial nach vorn flansch 25 versehen. Außerdem ist an dem inneren 4° erstreckenden Flansch 35 d trägt, der in die Ringnut Rand des hinteren Flansches 23 ein ebenfalls nach 33 6 eingreift.

hinten gerichteter Flansch 26 vorgesehen, der sozu- Auf der Innenseite des Gehäuses 35 befindet sich

sagen eine Verlängerung der Hauptwand 19 a dar- ein im Querschnitt L-förmiger Ringflansch 35 c, der stellt. eine nach vorn offene Ringnut bildet, in die der hin-

Versteifungsrippen 27 erstrecken sich von dieser 45 tere axial gerichtete Klemmflansch 25 des äußeren Hauptwand 19 α zwischen den Endflanschen 22 und 23 Ringsegments 19 eingreift.

nach außen. Die Stifte 34, die das äußere Ringsegment 19 mit

Die inneren Ringsegmente 20 sind durch ein mit dem zugehörigen hinteren Ummantelungsringsegment Sicken, Aufbördelungen od. dgl. versehenes Ring- 33 verbindet, sind so> lang, daß der im Querschnitt segmentstück 28 versteift, das auf ihre Innenfläche 5° L-förmige Flansch 35 c sich knapp über die Außenaufgeschweißt ist. Um dieses Ringsegmentstück herum stirnfläche der Stifte legt und sie auf diese Weise in befindet sich noch ein weiteres, im Querschnitt U-för- ihrer Lage sichert.

miges Segmentsrück 29, das mittels axial nach den Der Gehäusering 35 wird von hinten nach vorn über

Seiten gerichteter Randflansche 29 α mit den Rändern die eingebauten Segmente 21 übergeschoben, bis sich der inneren Ringsegmente 20 verschweißt ist. Auf die 55 der vordere Flansch 35 a gegen den Flansch 32 a anInnenfläche der U-förmigen Segmentstücke 29 sind legt, der Flansch 35 c den Flansch 25 umgreift und der

nach vorn gerichtete Flansch 35 if des hinteren Flansches 35 & in die Ringnut 33 δ eingreift. An das hintere Ende des Gehäuseringes 35 schließt sich ein weiteres Ringgehäuse 37 an, das die Auslaßdüse 38 umgibt und mit seinem vorderen Flansch 39 an dem hinteren Flansch 35 & des Gehäuseringes 35 durch Bolzen 40 befestigt ist.

Bei jedem Leitkranzsegment 21 sind die Enden der mantelungsring 31 weist eine verstärkte hintere Kante 65 Leitschaufeln 18 mit den äußeren und inneren Ringmit einer Ringnut 31 α auf. Das Gehäuse 32 hat einen Segmenten 19 bzw. 20 verschweißt oder verlötet. , radial nach außen gerichteten Flansch 32 a sowie einen Jede Schaufel 18 weist an ihrem äußeren und

radial nach innen gerichteten Flansch 32 b. An dem inneren Ende Fußflansche 18 α bzw. 18 & auf. In einer inneren Rand dieses Flansches 32 b ist ein axial nach bevorzugten Ausführungsform gem'AQ der Erfindung vorn gerichteter Sicherungsflansch 32 c vorgesehen, 70 sind in den inneren Ringsegmenten 20 und in der

dünne, im Querschnitt L-förmige Blechstreifen 30 angeschweißt, die zur Bildung einer Labyrinthdichtung mit dem zwischen den L auf rädern 14 und 15 vorgesehenen Abstandsring 30 α zusammenarbeiten.

In zusammengebautem Zustand liegt der Leitschaufelkranz unmittelbar hinter dem das vordere Laufrad 14 umgebenden Ummantelungsring 31 und dem diesen, umschließenden Gehäuse 32. Der Um-

Auskleidung 19 b der äußeren Ringsegmente 19 der Form der Fußflansche entsprechende Öffnungen vorgesehen, die diese Fußflansche aufnehmen. An den dabei in gleicher Höhe zusammenstoßenden Kanten werden die Fußflansche mit den sie umgebenden Ring-Segmenten verschweißt oder verlötet und gegebenenfalls vorhandene Löcher noch mit Metall ausgefüllt, so daß sich eine vollkommen glatte Fläche ergibt. Zur Erleichterung dieser Arbeit können die Schaufeln zunächst durch einige Punktsehiweißstellen angeheftet werden.

Zur zusätzlichen Verstärkung werden die Außenflächen der Fußflansche 18 α und 18 b außerdem noch unmittelbar mit den Ringsegmenten 19 bzw. den Ringsegmentstücken 28 verschweißt. Man kann die Schaufeln aber auch einfach stumpf gegen die Ringsegmente 19 und 20 schweißen.

Beide Enden der äußeren Ringsegmente 19 weisen entweder überstehende Flansche 41 oder entsprechende Ausnehmungen 42 auf, die die Flansche aufnehmen können. Auf diese Weise werden die Störstellen zwischen zwei Segmenten im zusammengebauten Zustand durch die Flansche überdeckt, so daß sich ein gasdichter Ring ergibt. Die Flansche 41 werden dadurch gebildet, daß die Auskleidungen 19 b über die Enden der Ringsegmente 19 überstehen, und die Ausnehmungen 42 dadurch, daß die Auskleidungen gegenüber den Ringsegmenten zurückstehen. Die mit überstehenden Flanschen versehenen Segmente sind in Fig. 5 mit 21A und die mit Ausnehmungen versehenen mit 21 B bezeichnet. Sie wechseln sich ab.

Soll das Triebwerk zusammengebaut werden, so wird es vorzugsweise mit dem vorderen Ende nach unten aufgebaut. Vor dem Einbau des Gehäuseringes 35 und des sich nach hinten anschließenden Gehäuses 37 und der Düse 38 wird der Leitschaufelkranz durch Einfügen der einzelnen Segmente 21 mit den an ihnen befestigten Segmenten 33 der hinteren Laufradummantelung zwischen die beiden Laufschaufelkränze 17 zusammengebaut, und zwar werden zunächst die mit Flanschen 41 versehenen Segmente 21A und dann je zwischen zwei solcher Segmente je ein mit Ausnehmungen 42 versehenes Segment 21B eingesetzt. Ist der Leitschaufelkranz vollständig, so wird der Gehäusering 35, vorzugsweise gleich mit dem an ihm befestigten Gehäuse 37 und der Düse 38 von oben über das Ganze übergeschoben. Er klemmt dabei den Leitschaufelkranz und die hintere Laufradummantelung in ihrer Lage fest. Der Gehäusering wird in dieser Lage· durch die Schrauben 36 gesichert.

Claims (4)

Patentansprüche-.

1. Gasturbinentriebwerk, insbesondere für Flugzeuge, mit einer aus einem Turboverdichter mit Luft gespeisten, ringförmigen Brennkammer und einer aus der Brennkammer gespeisten Gasturbine zum Antrieb des Turboverdichters, deren Leitschaufelkranz in mehrere in Umfangsrichtung zusammenpassende Ringsegmente unterteilt ist, die von einer ringförmigen Außenwand des Gehäuses umschlossen und durch hakenartig in ringförmige Ansätze der Außenwand eingreifende Flanschleisten an der Außenwand des Gehäuses festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringsegmente für die Ringsegmente (21A₁ 21 B) des nur aus einem zwischen zwei Lauf schaufelkränzen (17) angeordneten Leitschaufelgitter (18) gebildeten Leitschaufelkranzes als kreisbogenförmig gebogene U-Träger (19) mit innen liegendem Joch ausgebildet sind, an deren freien äußeren Umfangskaniten der radial nach außen gerichteten Schenkelwände (22, 23) axial gerichtete Flanschleisten (24, 25) angeordnet sind, wobei die Ringsegmente (21A₁ 21B) mit der einen Flanschleiste (24) an einem benachbarten Gehäuseteil (32) lose aufliegend abgestützt und mit der anderen Flanschleiste (25) an der den Leitschaufelkranz umschließenden, ringförmigen Gehäuseaußenwand (35) so verhakt sind, daß sich die Ringsegmente des Leitschaufelkranzes durch axiales Abstreifen der sie übergreifenden, ringförmigen Außenwand (35) des Gehäuses nach dem Austrittsende der Turbine freilegen lassen und radial nach außen aushebbar sind.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufschaufelkranz (17) des in der Durchströmungsrichtung hinter dem Leitschaufelkranz (18) angeordneten Turbinenrades (15) eine Ummantelung (33) aus einzelnen Segmenten aufweist, die in ihrer Länge den Ringsegmenten (21A, 21 B) des Leitschaufelkranzes entsprechen, mit diesen Ringsegmenten verbunden und gemeinsam mit dem zugehörigen Ringsegment des Leitschaufelkranzes radial abnehmbar sind.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ringsegmente (21 A, 21B) des Leitschaufelkranzes umschließende Gehäusering (35) auch die hintere Laufradummantelung (33) umschließt und einen radial nach innen gerichteten Flansch (35 b) aufweist, an dem die Segmente der hinteren Laufradummantelung längs ihrer dem Leitschaufelkranz abgekehrten Kante befestigt sind.

4. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitschaufelkranz an den äußeren Enden der Leitschaufeln (18) begrenzenden, bogenförmigen U-Träger (19) der Ringsegmente (21A, 21 B) an ihren den Leitschaufeln zugekehrten Flächen je mit einer inneren Auskleidung (19 b) versehen und die Leitschaufeln, mit ihren Schaufelfüßen bündig liegend, in Öffnungen dieser Auskleidung eingesetzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 907 179, 858 478, 853;

französische Patentschrift Nr. 1 081 027.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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