DE1093144B - Verbrennungsturbinentriebwerk - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungsturbinentriebwerk mit einem Luftverdichter, einer den Luftverdichter antreibenden Turbine und einer in Strömungsrichtung hinter dieser angeordneten freien Leistungsturbine. Das Wort »frei« bedeutet hier, daß die Leistungsturbine nicht mit der Verdichterantriebsturbine mechanisch gekuppelt ist.

Es ist bekannt, die Leistungsturbine mit Hilfe eines in Strömungsrichtung vor ihr angeordneten Lagers zu unterstützen, das in eine Scheibe eingebaut ist, welche von dem Leitschaufelkranz dieser Turbine gehalten wird, der seinerseits von dem Turbinengehäuse aus unterstützt wird. Da diese Scheibe auch das hintere Lager der Verdichterantriebsturbine tragen kann, gewährleistet sie eine genaue Fluchtung der Achsen der beiden Turbinen. Dennoch ist diese Anordnung insofern nicht völlig befriedigend, da bei ihr der für die Leistungsturbine verfügbare Raum begrenzt ist und Schwierigkeiten hinsichtlich der Schmierung und Kühlung dieses zwischen den beiden Turbinen liegenden und daher verhältnismäßig schlecht zugänglichen Teils des Triebwerks bestehen.

Um den verfügbaren Raum zu vergrößern und eine bessere Zugänglichkeit zum Zwecke des Schmierens und Kühlens zu gewährleisten, ist es bekannt, das Lager für die Leistungsturbine auf deren in die Strömungsrichtung hinteren Seite anzuordnen. Das Lager ist dabei an einem kranzförmigen Träger angeordnet, dessen vier radial nach außen ragende Arme den ringförmigen Abgaskanal innerhalb von abdichtenden Verkleidungen kreuzen und durch nachgiebige Bauteile mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, die nur eine Bewegung der Arme in radialer Richtung, nicht aber in Umfangsrichtung zulassen.

Bei der bekannten Anordnung dienen als solche nachgiebigen Bauteile in radialer Richtung ineinander bzw. gegeneinander gleitende Teile. Gegeneinander gleitende Teile, die nur infolge unterschiedlicher Wärmedehnung eine Relativbewegung zueinander ausführen, neigen aber infolge der hohen Betriebstemperatur, der sie ausgesetzt sind, leicht zum Fressen.

Bei dem Verbrennungsturbinentriebwerk nach der Erfindung sind zur Behebung dieses Nachteils die nachgiebigen Bauteile als Lenker ausgebildet und außerhalb des Turbinengehäuses im freien Luftstrom in Richtung der Turbinenachse angeordnet; die Arme des kreuzförmigen Trägers haben mit den Wänden des Turbinengehäuses und des Abgaskanals keine Berührung.

Die Lenker lassen eine unregelmäßige radiale Ausdehnung des Turbinengehäuses zu, während sie gleichzeitig das Lager starr unterstützen und die genaue Fluchtung der Achsen der beiden Turbinen aufrechterhalten. Wenn sich z. B. ein Segment des Tur-Verbrennungsturbmentriebwerk

Anmelder:
D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipi.-Chem. Dr. rear. nat. E. Mir. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Sclrweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 12. Dezember 1957

Jack VaIHs Blyth, Ewell, Surrey,

und Ronald Albert Gilbert,

North Wembley, Middlesex (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

binengehäuses, an dem einer der Lenker befestigt ist, radial stärker ausdehnt als die Segmente, an welche die anderen Lenker angeschlossen sind, so halten die beiden Lenker, die gegenüber dem zuerst genannten Lenker jeweils um 90° versetzt angeordnet sind, das Lager nach wie vor in der richtigen Fluchtung, denn diese Lenker können sich gegenüber dem Turbinengehäuse nicht in der Umfangsrichtung bewegen, während der erste Lenker eine radiale Bewegung ausführen kann, um die Ausdehnung des zugehörigen Turbinengehäusesegments zu ermöglichen.

In dem kreuzförmigen Träger sind zwei in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Lager vorgesehen, in denen der mit der Läuferscheibe der Leistungsturbine aus einem Stück bestehende Wellenstummel gelagert ist. Dabei ist zweckmäßigerweise die Kraft übertragende Welle von dem zur Lagerung dienenden Wellenstummel der Leistungsturbine getrennt.

Der von der Leistungsturbine ausgeübten axialen Schubkraft kann wenigstens teilweise auf pneumatischem Wege ein Widerstand entgegengesetzt werden, und zwar dadurch, daß an der Läuferscheibe der Leistungsturbine gleichachsig ein Ausgleichskolben angeordnet wird, der in einem einen Bestandteil des kreuzförmigen Trägers bildenden Zylinder arbeitet, und daß Mittel vorgesehen sind, um dem Zylinder auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ausgleichskolbens Druckluft zuzuführen. Der auf den Kolben wirkende Luftdruck liefert eine Axialkraft, die der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist und die

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in der Strömungsrichtung wirkende axiale Schubkraft Die Leistungsturbine 16 weist einen hohlen Wellender Leistungsturbine wenigstens teilweise ausgleicht. stummel 26 auf, der mit der Turbinenläuferscheibe aus

Die äußeren Enden der Arme des kreuzförmigen einem Stück besteht und sich nach hinten erstreckt. Trägers können durch einen zylindrischen Mantel Dieser Wellenstummel ist in zwei in einem axialen dichtend hindurchragen, der den Abgaskanal mit Ab- 5 Abstand voneinander angeordneten Lagern 27 und 28 stand konzentrisch umhüllt und dessen vorderes und gelagert, die in einen kreuzförmigen Träger 29 eingehinteres Ende mit der Außenwand des Abgaskanals baut sind, welcher ein rohrförmiges Bauteil 30 und vier dichtend verbunden sind. Auf diese Weise wird der sich radial nach außen erstreckende Arme 31 umfaßt. Raum radial innerhalb des Abgaskanals gegenüber der Mit dem kreuzförmigen Träger 29 ist auch ein zyumgebenden Atmosphäre abgedichtet, obwohl die Arme io lindrisches Bauteil 35 verbunden, in dem ein mit der den Abgaskanal innerhalb von Verkleidungen kreuzen. Leistungsturbine 16 verbundener Ausgleichskolben 36 Eine solche Abdichtung ist in manchen Fällen er- angeordnet ist. Aus dem Verdichter 10 entnommene wünscht, z. B. wenn der Innenraum unter einem etwas Druckluft wird über hier nicht dargestellte Rohranderen Druck stehen soll als die Umgebung. leitungen und Kanäle dem Raum 37 innerhalb des Zy-

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfin- 15 linders 35 auf der stromabwärts gelegenen Seite des

dung bilden ein hinterer Abschnitt der Außenwand Ausgleichskolbens 36 zugeleitet.

des Abgaskanals, der Einsatz des Abgaskanals und die Am äußeren Ende jedes der radialen Arme 31 ist

hinteren Abschnitte der Verkleidung der Arme zu- ein feststehendes zylindrisches Auge 38 befestigt,

sammen eine erste Baueinheit, der kreuzförmige Träger Jedes dieser Augen ist durch einen Gelenkbolzen mit

zusammen mit dem zylindrischen Mantel eine zweite 20 dem einen doppelarmigen Ende 39 eines A-förmig

Baueinheit und ein vorderer Abschnitt der Wand des ausgebildeten Lenkers 40 verbunden (Fig. 4). Sein

Abgaskanals und die vorderen Abschnitte der Ver- anderes doppelarmiges Ende 41 ist an einem Flansch

kleidungen eine dritte Baueinheit. Hierdurch wird das 42 des Turbinengehäuses 14 befestigt. Die Lenker 40

Zerlegen des Abgaskanals und der Abstützung der sind in der Umfangsrichtung gegenüber dem Tur-

Leistungsturbine zum Zwecke der Zugänglichmachung 35 binengehäuse 14 starr und halten den kreuzförmigen

der Leistungsturbine und anderer Teile erleichtert. Träger gegen jede Bewegung in der Umfangsrichtung

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehe- zwangläufig fest. Die Lenker 40 sind jedoch verhält-

matischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel nismäßig dünnwandig ausgebildet und lassen sich

näher erläutert. daher in radialer Richtung in begrenztem Ausmaß

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungs- 30 durchbiegen. Infolgedessen können Ungleichmäßiggemäßen Triebwerks; keiten in der Ausdehnung des Turbinengehäuses 14

Fig. 2 ist ein größer gezeichneter Teilschnitt der ausgeglichen werden, ohne das die Lage der Achse der

Leistungsturbine, des kreuzförmigen Trägers und der Leistungsturbine 16 verändert wird,

benachbarten Bauteile; Die radialen Arme 31 kreuzen den ringförmigen Ab-

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie HI-III in 35 gaskanal 22, und um die Störung der Gasströmung zu

Fig. 2; vermindern und die Arme gegen eine übermäßige Er-

Fig. 4 zeigt im Grundriß eines der Verbindungs- hitzung zu schützen, sind innerhalb des ringförmigen glieder, an welche der kreuzförmige Träger an- Abgaskanals Verkleidungen 43 vorgesehen. Da ein gegeschlossen ist; wisser Spielraum zwischen den Armen 31 und den

Fig. 5 ist ein der Linie V-V in Fig. 2 folgender 40 Verkleidungen vorhanden sein muß, um eine unter-

Schnitt durch eine der Verkleidungen; schiedliche Wärmedehnung zu ermöglichen und die

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch den ringförmigen Wärmeübertragung herabzusetzen, würde es schwierig

Abgaskanal längs der Linie VI-VI in Fig. 3. sein, den Raum 44 innerhalb des kegelförmigen Aus-

Das in den Zeichnungen dargestellte Verbrennungs- trittsrohreinsatzes 23 gegenüber der Umgebung abzuturbinentriebwerk umfaßt einen Luftverdichter 10 mit 45 dichten, wenn nicht besondere Maßnahmen getroffen einem nach vorn gerichteten Lufteinlaß 11 und einem wären. Bei manchen Triebwerken ist eine solche Abmit dem hinteren Ende des Verdichters verbundenen dichtung erwünscht, z. B. wenn sich der Druck inner-Druckluftkanal 12. Die diesen Kanal 12 durchströ- halb des Einsatzkegels 23 etwas von dem in der Ummende Druckluft tritt in mehrere Brennkammern 13 gebung herrschenden Druck unterscheidet. Bei dem ein, in denen Kraftstoff verbrannt wird und aus denen 50 hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird diese die heißen Verbrennungsgase in ein Turbinengehäuse Schwierigkeit dadurch ausgeschaltet, daß ein zylin-14 übertreten. Letzteres enthält gemäß Fig. 2 eine drischer Mantel 45 vorgesehen ist, durch den hinzweistufige Verdichterantriebsturbine 15, die durch durch die äußeren Enden der Arme 31 nach außen eine hier nicht gezeigte Hohlwelle mit dem Läufer des ragen und mit dem die Arme z. B. längs der bei 46 an-Luftverdichters 10 verbunden ist. In Strömungsrich- 55 gedeuteten Schweißnähte verbunden sind. Der vordere tung hinter der Verdichterantriebsturbine 15 befindet Abschnitt des Mantels 45 ist bei 47 gewellt, um sich in dem Gehäuse 14 eine freie Leistungsturbine 16. elastische Bewegungen infolge einer Wärmedehnung Diese ist über eine Keilverzahnung 17 mit einer Kraft- des Turbinengehäuses 14 zu erleichtern. Das vordere Übertragungswelle 18 verbunden, die sich nach vorn Ende des Mantels 45 ist mit dem Flansch 42 des Turdurch das Triebwerk hindurch erstreckt und an ihrem 60 binengehäuses dichtend verbunden, während das vorderen Ende mit einem Untersetzungsgetriebe 19 hintere Ende dichtend an einem Flansch 60 befestigt (Fig. 1) verbunden ist, dessen Kraftabgabewelle 20 ist, der die Wand 24 des Austrittsrohres umgibt. Der eine Luftschraube 21 mit verstellbaren Flügeln an- Ringraum 48 zwischen der Wand 24 des Austrittstreibt. rohres und dem Mantel 45 kann zu Kühlzwecken ver-

Die aus der Turbine austretenden Abgase strömen 65 wendet werden; in diesem Falle wird diesem Ring-

durch einen ringförmigen Abgaskanal 22, der an raum Kühlluft über Öffnungen49 von einem innerhalb

seiner Innenseite durch einen Einsatzkegel 23 und an des Turbinengehäuses vorgesehenen Kühlluftkanal 50

seiner Außenseite durch die Wand 24 des Austritts- aus zugeführt.

rohres begrenzt ist. Mit dem hinteren Ende der Wand Um das Zerlegen des Triebwerks zu erleichtern und

24 ist eine Strahlaustrittsdüse 25 verbunden. 70 damit die Zugänglichkeit zur Leistungsturbine zu ver-

bessern, sind die in Strömungsrichtung hinter der Leistungsturbine 16 angeordneten Bauteile des Triebwerks im wesentlichen zu drei getrennt auszubauenden Einheiten zusammengefaßt. Die erste dieser Baueinheiten umfaßt einen hinteren Abschnitt 51 der Wand 24 des Austrittsrohres, den kegelförmigen Austrittsrohreinsatz 23 und die hinteren Abschnitte 52 sämtlicher Verkleidungen 43 unter Einschluß der Wand 53, die den rückwärtigen Teil einer Kammer 54 begrenzt, welche den betreffenden radialen Arm 31 umgibt. Wenn die Düse 25 nicht für sich aufgebaut wird, kann sie einen Bestandteil dieser Einheit bilden.

Die zweite Baueinheit umfaßt den vollständigen kreuzförmigen Träger, d. h. auch die Lager 27 und 28, die ölabdichtung 32, den Zylinder 35 und den Mantel 45.

Die dritte Baueinheit umfaßt den vorderen Abschnitt 55 der Wand 24 des Austritttsrohres, die innere Wand 56 des ringförmigen Abgaskanals 22, die sich an den Einsatzkegel 23 anschließt, sowie jeweils den vorderen Abschnitt 57 der Verkleidungen 43. Der vordere Abschnitt 57 umfaßt eine Wand 58, welche die vordere Begrenzung der Kammer 54 bildet. Wie am besten aus Fig. 3 und 5 ersichtlich, sind die Hinterkanten des Wandteils 58 nach innen von den Hinterkanten des vorderen Abschnitts 57 der Verkleidung weg umgebogen, so daß Falze 59 entstehen, in welche die Vorderkanten der hinteren Abschnitte 52 der Verkleidung eingreifen. Eine ähnlich ausgebildete Verbindung ist zwischen der Innenwand 56 des Abgaskanals und dem Einsatzkegel 23 sowie zwischen dem vorderen Abschnitt 55 der Wand des Austrittsrohres und dem hinteren Abschnitt 51 desselben vorgesehen (s. Fig. 6).

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verbrennungsturbinentriebwerk mit einem Luftverdichter, einer Verdichterantriebsturbine und einer in Strömungsrichtung hinter der Verdichterantriebsturbine angeordneten freien Leistungsturbine, von welcher mindestens ein Lager in einem kreuzförmigen Träger angeordnet ist, dessen vier radial nach außen ragende Arme den ringförmigen Abgaskanal innerhalb von abdichtenden Verkleidungen kreuzen und durch nachgiebige Bauteile mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, die nur eine Bewegung der Arme in radialer Richtung, nicht aber in Umfangsrichtung zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Bauteile als Lenker (40) ausgebildet und außerhalb des Turbinengehäuses (14) im freien Luftstrom in Richtung der Turbinenachse angeordnet sind und die Arme (31) des kreuzförmigen Trägers (29) mit den Wänden des Turbinengehäuses und des Abgaskanals keine Berührung haben.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im kreuzförmigen Träger (29) zwei in einem axialen Abstand voneinander angeordnete Lager (27 und 28) angeordnet sind, in denen der mit der Läuferscheibe der Leistungsturbine (16) aus einem Stück bestehende Wellenstummel (26) gelagert ist.

3. Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft übertragende Welle (18) von dem zur Lagerung dienenden Wellenstummel (26) der Leistungsturbine (16) getrennt ist.

4. Triebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Läuferscheibe der Leistungsturbine gleichachsig ein Ausgleichskolben (36) angeordnet ist, der in einem einen Bestandteil des kreuzförmigen Trägers (29) bildenden Zylinder (35) arbeitet, und daß Mittel vorgesehen sind, um dem Zylinder auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ausgleichskolbens Druckluft zuzuführen.

5. Triebwerk nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der Arme (31) durch einen zylindrischen Mantel (45) dichtend hindurchragen, der den Abgaskanal (22) mit Abstand konzentrisch umhüllt und dessen vorderes und hinteres Ende mit der Außenwand (24) des Abgaskanals dichtend verbunden ist.

6. Triebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinterer Abschnitt (51) der Außenwand (24) des Abgaskanals (22), der kegelförmige Einsatz (23) des Abgaskanals und die hinteren Abschnitte (52) der Verkleidungen (43) zusammen eine erste Baueinheit bilden, daß der kreuzförmige Träger (29) zusammen mit dem zylindrischen Mantel (45) eine zweite Baueinheit bildet und daß ein vorderer Abschnitt (55) der Wand (24) des Abgaskanals (22) und die vorderen Abschnitte (57) der Verkleidungen (43) eine dritte Baueinheit bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 292 539;
britische Patentschriften Nr. 783 970, 618 635.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 648/132 11.60