DE1221497B - Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

• Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung betrifft eine Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend eine Läuferscheibe, eine Vielzahl von in Winkelabständen auf dieser Läuferscheibe angeordneten Laufschaufeln, jede davon mit einer inneren Kühlmittelleitung, eine zu einer Stirnseite der Läuferächeibe führende Kühlmittelzufuhr, in diese Stirnseite der Läuferscheibe ausmündende Anschlußöffnungen der Kühlmittelleitungen sowie Windeinfangflächen an der Stirnseite der Läuferscheibe für die Einfangung einer den Kühlmittelleitungen zufließenden Luftströihung.
• - Anordnungen dieser Bauweise sind bekannt. Bei den bekannten Anordnungen sind die Windeinfangflächen so ausgebildet, daß -sie in den Windstrom hineinragen. Man war bisher der Meinung, daß man durch in den Windstrom hineinragende Windeinfangflächen eine optimale Ausnutzung des durch die Läufergeschwindigkeit hervorgerufenen Venti i lationswindes und damit bei gegebenem Ventilationswind und gegebener Kühlkanalanordnung eine optimale Kühlung erzielen könne.
• überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die Ventilationswindausnutzung und damit die Kühlmittelleistung erheblich besser wird, wenn die Windeinfangflächen von Einsenkungen in eine zur Triebwerkachse normale Ebene gebildet sind, welche in der Luftanströmrichtung fortschreitend an axialer und radialer Ausdehnung zunehmen. Um optimale Ausnutzung des Ventilationswindes zu erreichen, sollte die Zunahme an axialer Ausdehung einen Winkel von nicht mehr als 150, vorzugsweise nicht mehr als 71 gegen eine zur Triebwerkachse normale Ebene ausmachen.
• Die Zunahme an radialer Ausdehnung sollte im Hiiiblick auf optimale Ventilationswindausnutzung einem Divergenzwinkel von etwa 200 entsprechen.
• Die Einsenkungen werden zweckmäßig alle in gleichem Radialabstand von der Triebwerkachse angeordnet.
• Nach einer ersten konstruktiven Ausführungsforin des ErfIndungsvorschlags sind die Windeinfangflächen in einer Metallblechringscheibe ausgeformt, und zwar in der Weise, daß in Winkelabständen Schlitze eingeschnitten und in Anströmrichtung jeweils vor diesen Schlitzen die Einsenkungen in das Metall eingepreßt sind. Die übergänge von den Einfangsflächen zu den innerhalb der Schaufeln verlaufenden Kühlmittelleitungen werden möglichst strömungsgünstig gestaltet.
• Eine andere konstruktive Ausbildungsform des Erfindungsgedankens besteht darin, daß die Einsenkungen an einer Stirnseite der Läuferscheibe von verschiedenen Segmenten gebildet sind.
• Wie auch immer die Einsenkungen gebildet sind, in allen Fällen empfiehlt es sich,'die Anschlußöffnungen für die Kühlmittelzufuhr auf der einen Stirnseite der Läuferscheibe so anzuordnen, daß die Anschluß-' öffnungen benachbarter Laufschaufeln unmittelbar iiebeneinanderliegen. Dies hat den Vorteil, daß man bei einfachstem Strömungsweg mit einer Anzahl von Windeinfangflächen auskommt, die gleich der halben Zahl der Laufschaufeln ist.
• Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt dar F i g. 1 ein erlmdnungsgemäß gestaltetes Gasturbinenstrahltriebwerk, teilweise aufgeschnitten, F i g. 2 eine Turbinenbaugruppe erfindungsgemäßer Ausbildung in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten, F i g. 3 einen Achs enthaltenden Schnitt durch eine Baugruppe gemäß F i g. 2, F ig. 4 einen peripher gelegten und abgewickelten Schnitt gemäß Linie 4-4 der F i g. 3 durch eine Baugruppe gemäß F i g. 2, F i g. 5 einen Achs enthaltenden Schnitt durch eine geänderte Ausführungsform, F i g. 6 einen peripher gelegten und abgewickelten Schnitt gemäß Linie 6-6 der F i g. 5.
• F i g. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10, umfassend in der Strömungsrichtung hintereinander einen Verdichter 11, eine Verbrennungsanlage 12 und eine Turbinenbaugruppe 13; die Turbinenabgase werden durch ein Strahlrohr 14 an die Außenluft abgegeben.
• Die Turbinenbaugruppe 13 umfaßt eine Läuferscheibe 15 mit einer Vielzahl von Laufschaufeln 16. Jede Laufschaufel 16 ist mit einer »Tannen aum«-Wurzel 17 in einer entsprechend geformten Ausnehmung 18 der Läuferscheibe 15 befestigt; jede Laufschaufel 16 ist in axialer Richtung zwischen Ringplatten 21, 22 festgehalten.
• Die Ringplatte 22 trägt an verschiedenen radialen Orten Axialflansche 23, 24; der Axialflansch 24 trägt Rippen 25, die mit einem Axialflansch 26 einer anliegenden Statorscheibe eine Labyrinthdichtung bilden.
• Eine Met.allblechringscheibe - einstückig oder geteilt - ist in Schlitzen in den Axialflanschen 23, 24 festgehalten.
• Die Metallblechringscheibe zeigt eine Vielzahl von in Winkelabständen angeordneten Schlitzen 31; sie ist vor jedem solchen Schlitz 31 nach innen eingedrückt unter Bildung von Windeinfangflächen 32.
• Die Böden der Windeinfangflächen 32 bilden mit einer achsnormalen Ebene Winkel von 71'. In jeder Läuferschaufel 16 befindet sich eine nicht im einzelnen dargestellte Kühlmittelleitung mit einem Einlaß 34 und einem Auslaß 35. Jede solche Kühlmittelleitung kann beispielsweise aus zwei einander einschließenden Kanälen bestehen, welche von der Wurzel zur Spitze der Schaufel und zurück verlaufen.
• Die Einlässe 34 und Auslässe 35 liegen an gegenüberliegenden Seiten der Läuferscheibe 15. Die Einlässe 34 und die Auslässe 35 benachbarter Schaufeln liegen benachbart und sind zusammengefaßt.
• Die Platte 22 hat Öffnungen 36, welche mit den Einlässen 34 kommunizieren, aber die Auslässe 35 blokkieren. Die Platte 21 weist entsprechende öffnungen für die Luftauslässe 35 auf.
• Die Kanäle 33 schließen, wie F i g. 4 zeigt, an die Schlitze 31 an und führen über die öffnungen 36 zu den Einlässön 34. Die radial inneren und radial äußeren Begrenzungsfächen der Windeinfangflächen schließen miteinander einen Winkel von 201 ein.
• Auf der der Platte 22 zunächst liegenden Seite trägt die Metallblechringscheibe 30 gekrümmte Leitbleche 37, welche die Kanäle 33 zu den Öffnungen 36 überführen.
• Die stromaufwärtige Seite der Läuferscheibe 15 wird mit Kühlluft vom Verdichter 11 beliefert. Wenn die Läuferscheibe 15 in der durch den Pfeil 40 in F i g. 2 dargestellten Richtuhg umläuft, wird durch die Windeinfangflächen 32 Ventilationswind an die Schlitze 31 herangeführt und eine Strömung in- den Kanälen 33, den Öffnungen 36, den Einlässen 34 und den Kühlmittelkanälen der Laufschaufeln erzeugt.
• Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet eine Wiedergewinnung von 95 l)/o des dynamischen Druckgefälles der Luft an der stromaufwärtigen Seit6 der Läuferscheibe. Dieses verringert sich durch die Umleitung der Luft an den Schaufelwurzeln auf 57,5 1/o. F i g. 5 und 6 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, welche der Anordnung nach F i g. 1 bis 4 weitgehend entspricht und deshalb nicht im einzelnen beschrieben wird. Die Teile in F i g. 5 und 6, welche den Teilen nach F i g. 1 bis 4 entsprechen, tragen dieselben Bezugszeichen.
• In der Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 ist das Blechteil 30 jedoch fortgelassen und durch eine Vielzahl von Gußsegmenten 42 ersetzt.
• Jedes Gußsegment ist zwischen den Axialflanschen 23, 24 festgehalten, wobei jedes zweite Gußsegment 42 eine Aussparung 43 aufweist, welche einen Anguß 44 der Ringplatte 22 aufnimmt.
• Jedes Gußsegment 42 zeigt Flächen 45, 46. Die gekrümmte Fläche 45 jedes Gußsegments 42 bildet mit der gekrümmten Fläche 46 des benachbarten Gußsegments eine Windeinfangfläche mit anschließendem Kanal 33 a.
• Es ist offensichtlich, daß die Schaufeln gekühlt werden können, indem sie jede erforderliche innere Formung erhalten. Beispielsweise kann das Kühlmittel nach dem Kühlen der Schaufel auch nicht durch den Auslaß 35 abströmen, sondern kann . die Schaufel durch die Spitze oder durch an der Oberfläche der Schaufeln vorgesehene öffnungen verlassen.

Claims (1)

1. - Patentansprüche: 1. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe in einem Gasturbinenaggregat, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerk, umfassend eine Läuferscheibe, eine Vielzahl von in Winkelabständen auf dieser Läuferscheibe angeordneten Laufschaufeln, jede davon mit einer inneren Kühlmittelleitung, eine zu einer Stirnseite der Läuferscheibe führende Kühlmittelzufuhr, in diese Stirnseite der Läuferscheibe ausmündende Anschlußöffnungen der sowie Windeiftfangflächen an der Stirnseite der Läuferscheibe für die Einfangung einer den Kühlmittelleitungen zufließenden Luftströmung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß. die Windeinfangflächen von Einsenkungen (32) in eine zur Triebwerkachse normale Ebene gebildet sind, welche in der Luftanströmrichtung fortschreitend an axialer und radialer Ausdehnung zunehmen: 2. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme an axialer Ausdehnung einem Winkel von nicht mehr als 151 gegen die zur Triebwerkachse normale Ebene entspricht. 3. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen eine radiale Begrenzungswand aufweisen, die einen Winkel von annähernd 71 mit der zur Triebwerkachse normalen Ebene einschließt. 4. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme an radialer Ausdehnung einem Divergenzwinkel von 201 entspricht. 5. Verdichfer- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen (32) alle in gleichem Radialabstand von der Aggregatachse angeordnet sind. 6. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfangflächen in einer Metallblechringscheibe (30) geformt sind, und zwar in der Weise, daß in Winkelabständen Schlitze (31) eingeschnitten und in Anströmrichtung jeweils vor diesen Schlitzen die Einsenkungen in das Metall eingepreßt sind. 7. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß strömungsgünstige übergänge von den Einfangflächen zu den inneren Kühlmittelleitungen vorgesehen sind. 8. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen an einer Stimseite der Läuferscheibe (15) von verschiedenen Segmenten gebildet sind. 9. Verdichter- oder Turbinenbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußöffnungen (34) für die Kühlmittelzufuhr auf der einen Stirnseite der Läuferscheibe angeordnet sind, und zwar so, daß die Anschlußöffnungen benachbarter Laufschaufeln unmittelbar nebeneinanderliegen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 968 525, 962 027; USA.-Patentschriften Nr. 3 017 159, 2 641040, 2603453.