DE1149944B

DE1149944B - Gasturbinentriebwerk mit konzentrisch ineinanderliegenden Luft- und Heissgaskanaelen

Info

Publication number: DE1149944B
Application number: DEG28704A
Authority: DE
Inventors: John Charles Pirtle
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-12-30
Filing date: 1959-12-28
Publication date: 1963-06-06
Also published as: US2961150A; GB873969A; CH379199A; FR1242290A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

G28704Ia/46£

ANMELDETAG: 28. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGEiSCHRIFT: 6. JUNI 1963

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit konzentrisch ineinanderliegenden Luft- und Heißgaskanälen, deren Wände hohle Tragringe aufweisen, die durch radial stehende hohle Streben verbunden sind, wobei die Innenräume der Streben und mindestens eines Tragringes miteinander in Verbindung stehen und Luft vom Verdichter durch die den Heißgaskanal durchsetzenden Strebenteile leiten.

Bei einem derartigen Triebwerk tritt das Problem auf, daß die Streben durch einen sehr heiße Gase ίο führenden Kanal, nämlich den Turbinenkanal und im Anschluß daran durch einen sehr kalte Gase führenden Kanal, nämlich den mit der einströmenden kalten Außenluft beaufschlagten Kompressorkanal hindurchgehen. Die erheblichen Temperaturdifferenzen führen zu einer sehr unterschiedlichen Ausdehnung der entsprechenden Strebenteile und der verschiedenen hohlen Tragringe. Diese unterschiedliche Ausdehnung ruft Spannungen im gesamten Gefüge hervor, welche ein Verwerfen, Verformen und schließlich ein Zerstören verschiedener Teile zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese nachteiligen unterschiedlichen Ausdehnungen zu beseitigen.

Erfindungsgemäß sind in dem den Luftkanal durchsetzenden Teil der Streben durch Trennwände am anströmseitigen und abströmseitigen Ende Kanäle gebildet, die mit einem der Tragringe in Verbindung stehen, und dieser Tragring steht über Öffnungen mit dem Heißkanal in Verbindung, so daß Heißgas durch diesen Tragring in die beiden Strebenkanäle radial nach außen geleitet wird. Es wurde gefunden, daß die Kühlung der heißen Strebenteile in dem Turbinenkanal durch Kompressorluft nicht ausreicht, um die unterschiedliche Ausdehnung zu beseitigen. Andrerseits wurde erkannt, daß die in dem Kompressorkanal verlaufenden Strebenteile an den anströmseitigen und abströmseitigen Kanten am stärksten gekühlt werden und leicht vereisen. Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Kühlung des in dem Turbinenkanal, befindlichen Strebenteils einerseits und die Beheizung des in dem Kompressorkanal verlaufenden Strebenteil andrerseits bewirkt, und dieses führt zu einer weitgehend ausgeglichenen Temperatur über die ganze Strebe hinweg.

Es ist zweckmäßig, daß der radial äußere Tragring mit in die Umgebung führenden Austrittsöffnungen versehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Gasturbinentriebwerk

mit konzentrisch ineinanderliegenden

Luft- und Heißgaskanälen

Anmelder:

General Electric Company, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte, München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1958

John Charles Pirtle, Cincinnati, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

erfindungsgemäßen Anordnung bei einem der Turbine nachgeschalteten Schubverstärkergebläse, welches am Abströmrohr eines Gaserzeugers angebracht ist,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des vorderen Rahmenteiles des Schubverstärkers der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den vorderen Rahmen der Fig. 2,

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des hinteren Rahmenteiles des Schubverstärkers der Fig. 1,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 der Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 4 und

Fig. 7 eine Draufsicht auf den hinteren Rahmen der Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt die Erfindung in Anwendung auf ein einer Turbine nachgeschaltetes Schubverstärkergebläse, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Dieses Schubverstärkergebläse ist an dem Abströmrohr 12 eines Gaserzeugers, beispielsweise eines Turbinenstrahltriebwerks, befestigt.

Der Schubverstärker weist einen vorderen und einen hinteren Rahmen 13 bzw. 14 auf, die ein Außengehäuse 15, ein Zwischengehäuse 16 und ein

309 599/86

3 4

Innengehäuse 17 tragen. Zwischen dem Außengehäuse Turbinenkanals und ist an dem Innengehäuse 17 und 15 und dem Zwischengehäuse 16 wird ein ringförmi- der radial innengelegenen Wand des Zwischenger Kompressorkanal 18 gebildet, während zwischen gehäuses 60 befestigt.

dem Zwischengehäuse 16 und dem Innengehäuse 17 Wie Fig. 4 zeigt, hat der hintere innere Ring 29,

ein Turbinenkanal 19 geschaffen wird. Ein einstufiger 5 ähnlich dem vorderen Ring 25, hohlen, kastenförmi-Rotor 21 ist in zwei Lagern 22 und 23 gelagert, gen Querschnitt. Innerhalb jeder Strebe 32 befindliche welche durch den vorderen bzw. die hinteren Rah- Trennwände 57 und 58 erstrecken sich vom Zwischenmen getragen werden. Der Rotor 21 trägt die Doppel- gehäuse durch den Außenring 31 und schaffen im schaufehl 24 auf, die aus je einer Turbinenschaufel Innenraum der Strebe an der vorderen und hinteren und einer Kompressorschaufel gebildet werden, io Kante Kanäle 59 und 61. Der Außenring weist zwei welche Ende an Ende miteinander verbunden sind. hohle, im Querschnitt hutformige Abschnitte 62 und

Der vordere Rahmen 13 weist einen inneren Ring 63 auf, die an ihren radial innengelegenen Kanten 25 auf, welcher an dem Innengehäuse befestigt ist, durch einen zylindrischen Abschnitt 64 miteinander ferner einen Zwischenring 26, der an dem Zwischen- verbunden sind. Die Kanäle 59 und 61 stehen mit gehäuse befestigt ist, und einen Außenring 27, der an 15 dem Irmenraum des Zwischengehäuses 16 durch der Außenseite des Außengehäuses angebracht ist. Öffnungen 65 und 66 und mit den Abschnitten 62 Diese drei Ringe werden durch mehrere sich radial und 63 durch Öffnungen 67 und 68 in Verbindung, erstreckende Streben 28 miteinander verbunden. Der Während des Betriebes des Triebwerks dehnen sich

hintere Rahmen 14 weist einen inneren Ring 29 auf, der Innenring 25 und der innere Teil der Streben 28 welcher an dem Innengehäuse befestigt ist, und 20 unter dem Einfluß der aus der Turbine ausströmenferner einen Außenring 31, der an dem Außengehäuse den heißen Gase in radialer Richtung stark aus. Der angebracht ist. Die Ringe 29 und 31 werden durch äußere Teil der Streben und der Zwischenring dehnen mehrere sich radial erstreckende Streben 32 mitein- sich unter dem Einfluß der viel kühleren Luft im ander verbunden. Die Außenringe 27 und 31 sind der Kompressorkanal nur wenig aus, während der Außen-Atmosphäre ausgesetzt, der Zwischenring 26 ist der 25 ring 27 überhaupt keine Ausdehnung erfährt. Damit Luft im Kompressorkanal ausgesetzt, und die Innen- die Ausdehnung des Innenrings und des inneren Teils ringe 25 und 29 sind den aus der Turbine aus- der Streben vom Zwischen- und Außenring aufströmenden Gasen ausgesetzt, welche innen um den genommen wird, werden die beiden Ringe 26, 27 erRotor herumströmen und im Inneren des Innen- wärmt, während der innere Teil der Streben gegen gehäuses 17 zirkulieren. Verkleidungsringe 33 und 34 30 die Turbinenaustrittsgase abgeschirmt ist. Luft, umgeben die vorderen und hinteren Streben 28 bzw. welche zur Kühlung der Turbinenräder des Gas-32 innerhalb des Turbinenkanals 19. erzeugerteils verwendet wird, strömt in die offenen

In Fig.· 2 ist die Konstruktion des vorderen Rah- inneren Enden der Streben 28 ein und durch den mens im einzelnen gezeigt. Der Innenraum der Stre- Kanal 38 radial nach außen. Diese Kühlluft wird von ben wird durch Trennwände 35 und 36, die benach- 35 den Streben durch Öffnungen 56 in die Kanäle 53 bart den vorderen und hinteren Kanten einer jeden ausgestoßen und strömt in Umfangsrichtung unter Strebe 28 angeordnet sind, in Kanäle 37, 38 und 39 der Isolationsschicht 52 um das Gehäuse herum. Aus unterteilt. Die Trennwände 35 und 36 bilden innere Fig. 3 ist zu ersehen, daß zwischen den Kanten der Versteifungen und machen die Streben starr. Der benachbarten Stücke von Isoliermaterial ein Spalt 69 Innenring 25 ist kastenartig hohl, mit im Abstand be- 40 frei gelassen ist, der einen Auslaß für die Kühlluft findlichen inneren und äußeren Wänden 41 und 42 bildet.

ausgebildet. Die radial innenliegenden Enden der Aus der Turbine ausströmende Gase werden durch

Streben 28 sind in ausgefluchteten, in den Wänden 41 Öffnungen 71 (Fig. 2) aufgenommen und strömen in und 42 befindlichen Öffnungen befestigt, wobei die den Innenraum des Zwischenrings 26. Diese Gase offenen Enden der Streben durch die Wand 41 hin- 45 treten dann in die im Querschnitt hutförmigen Abdurch hervorragen. Der Zwischenring 26 besteht aus schnitte 43 und 44 ein und strömen in Umfangsrichzwei hohlen, im Querschnitt hutförmigen Abschnitten rung in diesen weiter. Teile der Gase treten durch und 44, welche einen gegenseitigen axialen Ab- Öffnungen 46 und 47 hindurch und strömen durch stand aufweisen und durch einen zylindrischen Ab- Kanäle 37 und 39 radial nach außen, um die Vorderschnitt 45 an ihren radial innengelegenen Kanten mit- 50 und Hinterkanten des äußeren Teiles der Streben 28 einander verbunden sind. Die Streben sind in Öffnun- zu enteisen.

gen im Zwischenring befestigt; die Kanäle 37 und 39 Diese Gase werden dann durch öffnungen 54 und

stehen mit den Abschnitten 43 bzw. 44 über Öffnun- 55 in die Abschnitte 48 und 49 des Außenrings ausgen 46 und 47 in Verbindung. Der Außenring 27 ist gestoßen. Nachdem sie in Umfangsrichtung um das dem Zwischenring ähnlich, da er ebenfalls zwei 55 Außengehäuse herumgeströmt sind und das Gehäuse hohle, im Querschnitt hutformige Abschnitte 48 und und den Außenring erwärmt haben, werden diese aufweist, die durch einen zylindrischen Mittel- Gase durch Öffnungen 72 und 73 in den Abschnitten abschnitt 51 miteinander verbunden sind. Die Streben 48, 49 zur Atmosphäre hin ausgestoßen (Fig. 3). Der erstrecken sich durch den Ring hindurch und sind den inneren Teil jeder Strebe umgebende Verkleian diesem befestigt. Eine Schicht 52 aus Isolier- 60 dungsring33 schirmt die Streben gegen eine direkte material deckt den Außenring auf einer jeden Seite Berührung mit den aus der Turbine ausströmenden einer jeden Strebe ab, wobei zwischen dieser Schicht, Gasen ab und verkleinert somit die Ausdehnung der den hutförmigen Abschnitten und dem Teil 51 ein Streben.

Kanal 53 gebildet wird. Die Kanäle 37 und 39 stehen Der vordere Rahmen trägt vom Lager 22 kom-

mit den Abschnitten 48 und 49 durch Öffnungen 54 65 mende radiale und axiale Belastungen und von den und 55 in Verbindung; der Kanal 38 ist mit dem Ausstoßdüsen auf den inneren und äußeren Ring Kanal 53 durch Öffnungen 56 verbunden. Ein Ver- kommende axiale Belastungen. Diese Belastungen werkleidungsring 33 umgibt jede Strebe innerhalb des den alle am Zwischenring 26 auf den Gaserzeugerteil

12 übertragen. Der hintere Rahmen trägt lediglich radiale Belastungen vom Lager 23 und dient dazu, den Innen- und Außenring konzentrisch zu halten.

Beim hinteren Rahmen 14 treten die aus der Turbine ausströmenden Gase in die Öffnung 74 ein (Fig. 4) und zirkulieren innerhalb des Zwischengehäuses 16. Die Gase gelangen durch Öffnungen 65 und 66 in Kanäle 59 und 61 und werden dann durch Öffnungen 67 und 68 in den Innenraum der Abschnitte 62 und 63 ausgestoßen. Diese Gase enteisen die vorderen und hinteren Kanten des äußeren Teiles der Streben 32 und strömen in Umfangsrichtung um das Außengehäuse herum, um den Außenring und das Außengehäuse zu erwärmen. Sie werden dann durch Öffnungen 75, 76, die in den Abschnitten 62, 63 vorgesehen sind, zur Atmosphäre hin ausgestoßen (Fig. 7). Der Verkleidungsring 34 erfüllt die gleiche Funktion bezüglich der Streben 32 wie der Verkleidungsring 33 bezüglich der Streben 28, indem er die Streben gegen eine Berührung mit den aus der Türbine austretenden Gasen abschirmt und somit die Ausdehnung der Streben verkleinert. Der Verkleidungsring 34 trägt auch das Zwischengehäuse gegenüber dem Innengehäuse.

Die die konzentrischen Ringe sowohl des vorderen als auch des hinteren Rahmens durch den Umlauf der Heizgase im wesentlichen gleichen Temperaturen ausgesetzt sind, dehnt sich der gesamte Rahmen gleichmäßig aus. Störungen, die von einer durch unterschiedliche Erwärmung bedingten Ausdehnung des Rahmens herrühren, werden so auf ein Minimum verkleinert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gasturbinentriebwerk mit konzentrisch ineinanderliegenden Luft- und Heißgaskanälen, deren Wände hohle Tragringe aufweisen, die durch radial stehende hohle Streben verbunden sind, wobei die Innenräume der Streben und mindestens eines Tragringes miteinander in Verbindung stehen und Luft vom Verdichter durch die den Heißgaskanal durchsetzenden Strebenteile leiten, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Tragring (27 bzw. 31) mit in die Umgebung führenden Austrittsöffnungen versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 881425;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1009 436;
britische Patentschriften Nr. 622 181, 803 137;
Interavia, 1958, S. 1266 bis 1268.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen