DE1223626B - Strahlrohr fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. α.:

F02k

Deutsche Kl.: 46 g -16

Nummer: 1223 626

Aktenzeichen: R 362151 a/46 g

Anmeldetag: 27. September 1963

Auslegetag: 25. August 1966

Die Erfindung betrifft ein Strahlrohr für Gasturbinentriebwerke mit einer Schwenkdüse am austrittsseitigen Strahlrohrende und einer Druckluftzufuhr nach' dem zwischen austrittsseitigen Strahlrohrende und Schwenkdüse gebildeten Zwischenraum.

Eine solche Strahlrohranordnung ist aus der britischen Patentschrift 724 004 bekannt. Bei der bekannten Konstruktion, bei der mit Druckluft eine Abdichtung gegen den Zustrom von Abgasen nach dem Zwischenraum zwischen Strahlrohr und Düse erreicht werden soll, ist der Druckluftverbrauch und damit der Leistungsverlust sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Anwendung des bekannten, auf der Verwendung von Druckluft beruhenden Dichtungsprinzips den Druckluftverbrauch und damit den Leistungsverlust zu senken.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem' Zwischenraum zwischen Strahlrohrende und Schwenkdüse ein Dichtungsring angeordnet ist, der mit der Düsenwandung einen Ringspalt bildet und daß die Druckluft an dem Ringspalt als Saugstrahl vorbeigeführt wird, derart, daß die Sogwirkung der Druckluft Umgebungsluft durch den Ringspalt saugt, diese Umgebungsluft sich mit der Druckluft mischt und gemeinsam mit dieser in den Abgasstrom eintritt.

Man kann nach einer einfachsten Ausführungsform die Druckluft unmittelbar an dem Ringspalt vorbeiführen, man kann aber auch in dem Zwischenraum eine Labyrinthdichtung anordnen, welche mit der Düsenwand mindestens zwei Ringspalte bildet und die Druckluft als Saugstrahl an dieser Labyrinthdichtung vorbeiführen, derart, daß sie durch den einen Ringspalt Umgebungsluft und durch einen weiteren Ringspalt die an die Labyrinthdichtung anströmenden Abgase absaugt und in den Abgasstrom zurückführt.

Die für die Dichtung eingesetzte Druckluft kann vom Verdichter des Triebwerks hergeleitet werden, zweckmäßig mit einem Druck, der höher ist als der Druck der Abgase an der Dichtungsstelle.

Die Figuren erläutern dfe Erfindung. .Es stellt dar

F i g. 1 ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit erfindungsgemäßer Gestaltung des Strahlrohrs,

Fig. 2 einen achsenthaltenden Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung zwischen Strahlrohr und Sch'wenkdüse, r'. ' -

F i g. 3 einen achsenthaltenden Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung zwischen Strahlrohr Schwenkdüse,

Strahlrohr für Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire

(Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

James Oswald Mortlake,

Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 8. Oktober 1962 (38 077) ■

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung die Dichtungsanordnung gemäß F i g. 3,

F i g. 5 einen achsenthaltenden Schnitt durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung zwischen Strahlrohr, und Schwenkdüse.

Ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 umfaßt - einen Verdichter 11, eine Verbrennungsanlage 12, eine Turbine 13 und ein Strahlrohr 14. Das stromabwärtige Ende 15 des Strahlrohrs 14 trägt eine Schwenkdüse 16, die um Drehzapfen 17 schwenkbar befestigt und vom strom ab wärtigen Ende 15 durch einen Zwischenraum 20 getrennt ist.

Druckluft wird bei 18 vom Verdichter 11 abgenommen und durch Rohre 19 (von denen nut ein Rohr dargestellt ist) an einen ringförmigen Verteiler 21 (Fig. 2) angeliefert; der ringförmige Verteiler21-ist am stromabwärtigen Ende 15 des Strahlrohrs 14 angeordnet.

Der ringförmige Verteiler 21 stützt sich am stromabwärtigen Ende 15 mittels eines Trägrings 22 ab: Ein Ringschuh 23 ist durch Nieten 24 am Tragring-22 angebaut. Dieser Ringschuh 23 ist in einetn achsenthaltenden Schnitt, von außen her betrachtet, konvex gekrümmt und bildet mit der Innenfläche der Schwenkdüse 16 einen venturiförmigen Ringspalt 25.

Ein Anguß 26 auf dem Tragring 22 bildet mit der Innenfläche der Schwenkdüse 16 einen engen Durch-

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tritt 27. Eine Reihe von winkelmäßig versetzten Schlitzen 28 sind im Tragring 22 unmittelbar neben dem Anguß 26 vorgesehen.

Aus dem ringförmigen Verteiler 21 kommende Druckluft strömt durch eine Reihe von Öffnungen 30 in der Wandung dieses ringförmigen Verteilers 21 und von hier durch die Schlitze 28 in den Ringspalt 25. Die Strömung der Druckluft durch den Ringspalt 25 bewirkt, daß Umgebungsluft durch den Ringdurchtritt 27 (wie bei 29 angedeutet) zum Ringspalt 25 hin angesaugt wird.

Die Druckluft und die Umgebungsluft vermischen sich im Ringspalt 25 und strömen durch den Venturiringspalt 25 mden Abgasstrom·.-Die-durch den Ringspalt 25 strömende Luft hat einen höheren Druck als die Gase des Abgasstroms, so daß keine Abgase durch den Ringspalt 25 in die Außenluft dringen können. Diese Anordnung schafft daher eine wirksame Dichtung zwischen dem stromabwärtigen Ende 15 des Strahlrohrs 14 und der Schwenkdüse 16.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das stromaufwärtige Ende der Schwenkdüse 16 durch einen Ring 32 mit U-Profil verstärkt, welcher an der Außenfläche der Schwenkdüse 16 befestigt ist. Wie F i g. 2 zeigt, ist die stromauf wärtige Kante 33 der Schwenkdüse 16 nach außen trichterförmig ausgeweitet, um so einen glatten Einlaß für die Umgebungsluft zu bilden.

Eine weitere Ausführungsform ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Diese Anordnung umfaßt eine ringförmige Labyrinthdichtung 34 in einem Zwischenraum 20. Die Labyrinthdichtung 34 umfaßt einen Ringstutzen 35 mit vier daran befestigten, sich radial erstreckenden, ringförmigen Scheiben 36. Die freien Enden dieser Ringscheiben 36 liegen unmittelbar neben der Innenwandung der Schwenkdüse 16 und bilden mit dieser vier Ringspalte a, b, c, d.

Die Labyrinthdichtung 34 ist durch einen Flansch

37 am stromabwärtigen Ende 15 des Strahlrohres 14 befestigt, derart, daß der Ringstutzen 35 das stromabwärtige Ende 15 im radialen Abstand umgibt und mit diesem einen Ringkanal 38 bildet. Der ringförmige Verteiler 21 ist in dieser Ausführungsform zwischen dem Flansch 37 und der stromaufwärtigen Scheibe 36 angeordnet.

Druckluft strömt aus dem ringförmigen Verteiler 21 durch eine Reihe von Öffnungen 40 im Flansch 37 in den Ringkanal 38 ein, vorbei an einem gewellten Band 41, welches an der Ringplatte 35 befestigt ist. Die Strömung der Druckluft im Ringkanal 38 saugt Umgebungsluft durch den Ringspalt α in den Raum 42 zwischen den beiden stromaufwärtigen Scheiben 36 an. Diese Umgebungsluft strömt durch eine Reihe von öffnungen 43 in der Ringplatte 35 zwischen den beiden stromaufwärtigen Scheiben und die von dem gewellten Band 41 gebildeten Kanäle. Im Ringkanal

38 vermischt sich die Umgebungsluft mit der Druckluft und diese Mischung fließt, wie bei 44 angedeutet, in den Abgasstrom.

Infolge der Gegenwart des Luftgemisches im Ringkanal 38 können keine Abgase durch den Ringkanal 38 zur Umgebungsluft hin entweichen. Abgase dringen jedoch, wie bei 45 angedeutet ist, entlang der Innenwandung der Schwenkdüse 16 und durch die engen Ringspalte d, c und b.

' Infolge der Wirkung der Labyrinthdichtung 34 haben die den Raum 42 erreichenden Abgase einen großen Teil ihrer Energie eingebüßt: Diese Abgase strömen daher nicht durch den Spalt a, sondern werden mit der einströmenden Umgebungsluft in den Raum 42 eingesaugt und wieder durch die Öffnungen und den Ringkanal 38 dem Abgasstrom zugeleitet.

F i g. 5 zeigt eine Dichtung, welche der nach F i g. 3 und 4 sehr ähnlich ist. Diese Anordnung zeigt jedoch kein gewelltes Band 41; die Druckluft strömt nach dem Durchfließen der Öffnungen 40 durch eine Reihe von winkelmäßig versetzten Leitungen 50, die am Flansch 37 befestigt sind und an die öffnungen 40 anschließen. Die aus-den Leitungen 50 austretende Druckluft bewirkt eine Strömung der Umgebungsluft durch den Spalt α und die Öffnungen 43, wie bereits beschrieben.

Die Druckluft kann auch von einer anderen Quelle als dem Verdichter des Strahltriebwerks herrühren.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Strahlrohr für Gasturbinentriebwerke mit einer Schwenkdüse am austrittsseitigen Strahlrohrende und einer Druckluftzufuhr nach dem zwischen austrittsseitigen Strahlrohrende und Schwenkdüse gebildeten Zwischenraum, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Zwischenraum (20) ein Dichtungsring angeordnet ist, der mit der Düsenwandung (16) einen Ringspalt (25) bildet und daß die Druckluft an dem Ringspalt (25) als Saugstrahl vorbeigeführt ist, derart, daß die Sogwirkung der Druckluft Umgebungsluft durch den Ringspalt (25) saugt, diese Umgebungsluft sich mit der Druckluft mischt und gemeinsam mit dieser in den Abgasstrom eintritt.

2. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft unmittelbar an dem Ringspalt (25) vorbeigeführt ist.

3. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum eine Labyrinthdichtung (34) angeordnet ist, welche mit der Düsenwand mindestens zwei Ringspalte (a, b) bildet und daß die Druckluft als Saugstrahl an dieser Labyrinthdichtung vorbeigeführt ist, derart, daß sie durch den einen Ringspalt (a) Umgebungsluft und durch einen weiteren Ringspalt (b) die an die Labyrinthdichtung anströmenden Abgase absaugt und in. den Abgasstrom zurückführt.

4. Strahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis'3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft, wie an sich bekannt, vom Verdichter des Triebwerks hergeleitet wird.

5. Strahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Druckluft, wie an sich bekannt, höher ist als der Druck der Abgase

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1279 495;
britische Patentschrift Nr. 724 004;
USA.-Patentschrift Nr. 2 630 673.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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