DE2113429A1 - Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Gasturbinenstrahltriebwerk

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DE2113429A1
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DE
Germany
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turbine
channel
engine according
impeller
flow channel
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Pending
Application number
DE19712113429
Other languages
English (en)
Inventor
Willie Williamson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
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Publication of DE2113429A1 publication Critical patent/DE2113429A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung betrifft ein Gasturbinenstrahltriebwerk.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem ringförmigen Strömungskanal, in dem ein Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, derart ausgebildet, daß ein Kanal mit dem ringförmigen Strömungskanal stromoberseitig der Verbrennungseinrichtung in Verbindung steht, wobei diesem Kanal nur ein Teil der durch den ringförmigen Strifjmungskanal abfließenden Luft zugeführt wird, die durch den Kompressor verdichtet worden ist, und daß dieser Kanal die Luftströmung auf wenigstens einen Teil der Turbine richtet, um diese zu kühlen und wobei Mittel vorgesehen sind, die eine weitere Verdichtung der durch den Kanal strömenden komprimierten Luft bewirken.
  • Da in dem Kanal eine weitere Kompression der der Turbine zugeführten Luft zwecks Kühlung der letzteren erfolgt, kann die Turbine ein adäquates Volumen und einen adäquaten Druck aufweisen, ohne diesen von dem stromunterseitigen Ende des Kompressors abziehen zu müssen. Infolgedessen kann die Luft kühler sein als dies anderenfalls der Fall wäre und daher kann eine wirksamere Kühlung erfolgen. Außerdem kann die komprimierte Luft auch aus einem Teil des Kompressors abgezogen werden, aus dem sie abgezapft werden kann, ohne im Betrieb Stabilitätsprobleme zu erzeugen.
  • Die Mittel zur weiteren Verdichtung können in der Nähe der Turbine benachbart zu dieser oder einstuckig mit dieser hergestellt sein.
  • So können die Mittel zur weiteren Kompression aus einem hohlen drehbaren Gebläserad bestehen, das einen Teil des Kanales bildet und durch das die Luft radial nach außen strömt, wobei die Drehung des Gebläserades, das radial innerhalb des Strömuqçkanals liegt, die weitere Kompression zentrifugal bewirkt. Das Gebläserad wird vorzugsweise durch die Turbine angetrieben.
  • Das Gebläserad kann aus einer Scheibe bestehen, die an der Turbine befestigt ist und einen radial verlaufenden Raum mit dieser definiert, der jenen Teil des Kanals bildet, wobei die Scheibe mit an ihr festgelegten Schaufeln versehen ist, die sich in diesen Raum hineinerstrecken. Außerdem kann ein Ring an der Turbine festgelegt sein, der einstückig mit den Einlaßschaufeln hergestellt ist, über die die Luft streicht, die in den Raum einströmt.
  • Das Gebläserad ist vorzugsweise auf der stromabwärtigen Seite der Turbine vorgesehen.
  • Der Kanal kann einen Abschnitt aufweisen, der radial außerhalb des Strömungskanals liegt und er kann einen weiteren Abschnitt aufweisen, der von einem hohlen Statorauf bau gebildet wird, der sich radial über den Strömungskanal erstreckt, wobei das Innere des hohlen Statoraufbaus mit dem Inneren des Gebläserades in Verbindung steht.
  • Der Kompressor kann aus einem mehrstufigen Kompressor bestehen und die dem Kanal zugeführte Luft kann Luft sein, die nur von einigen Stufen des Kompressors verdichtet ist.
  • Der Kompressor kann ein Hochdruckkompressor sein.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Teil eines Gasturbinenstrahltriebwerks gemaß der Erfindung, Fig. 2 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform.
  • Gemäß Fig.1 weist das Gasturbinenstrahltriebwerk einen ringförmigen Strömungskanal 1 auf, in dem in Strömungsrichtung hintereinander ein nicht dargestellter Niederdruckkompressor, ein Zwischendruckkompressor (nicht dargestellt), ein siebenstufiger Hochdruckkompressor 2, eine Verbrennungseinrichtung 3 mit DUsenleitschaufeln 4 am stromunterseitigen Ende, eine Hochdruckturbine 5> hohle Düsenleitschaufeln 6, eine Zwischendruckturbine 7 und eine Niederdruckturbine angeordnet sind.
  • Die Hochdruckturbine 5 treibt den Hcchdruckkompressor 2 über eine Welle 10 an, die Zwischendruckturbine 7 treibt den Zwischendruckkompressor über eine Welle 11 an und die Niederdruckturbine treibt den Niederdruckkompressor über eine Welle 12 an. Die Wellen 10, 11,12 liegen koaxial zueinander und sind ineinander geschachtelt.
  • Das Innere wenigstens einer Düsenleitschaufel 6 ist über einen Abschnitt 13 des kanals so ausgebildet, daß nur ein Teil der vom Kompressor verdichteten Luft empfangen wird und daß nur von den ersten vier Stufen des Hochdruckkompressors 2 Luft zugeführt wird. Der Teil 13 steht somit mit dem Strömungskanal 1 an der stromaufwärtigen Seite der Verbrennungseinrichtung 3 in Verbindung. Der Abschnitt 13 liegt radial außerhalb des Strömungskanals 1.
  • Die Düsenleitschaufeln 6 bilden einen Teil eines hohlen Statoraufbaus, der radial verlaufende Wände 14,15 besitzt, die eine Ringkammer 16 definieren, die mit dem Inneren eines hohlen drehbaren Gebläserades 20 in Verbindung stehen. Der hohle Statoraufbau erstreckt sich radial über den Strömungskanal 1 und dient dazu, die komprimierte Luft von dem Abschnitt 13 nach dem radial inneren Ende des hohlen, sich drehenden Gebläserades 20 zu überführen, das durch die Hochdruckturbine 5 angetrieben wird und radial innerhalb des Strömungskanals 1 angeordnet ist.
  • Das Gebläserad ist gegenüber den Düsenleitschaufeln 6 durch eine Labyrinthdichtung 21 abgedichtet und unmittelbar benachbart zur stromabwärtigen Seite der Hochdruckturbine 5 angeordnet. Das Gebläserad 20 bildet einen Teil des Kanals, der den Abschnitt 13 und den hohlen Statoraufbau umfaßt und der Zweck dieses Kanals besteht darin, die komprimierte Luft der Turbine 5 zuzuriahren, um diese zu-kühlen. Die komprimierte, dem radial inneren Teil des Gebläserades 20 zugeführte Luft strömt hierdurch radial nach außen und die Drehung des Gebläserades 20 bewirkt eine weitere Kompression der hindurchströmenden Luft und zwar durch ein Zentrifugalgebläse.
  • Die komprimierte Luft, die mn dem radial äußeren Ende des Gebläserades 20 austritt, wird dem Schaufelfußabschnitt 22 der Turbinenschaufeln der Hochdruckturbine 5 zugeführt und strömt radial durch in diesen Turbinenschaufeln vorgesehenen Kanälen (nicht dargestellt) nach außen und gelangt so in den Strömungskanal 1.
  • Zwischen dem Gebläserad 20 und der Hochdruckturbine 5 sind Spalte 24,25 vorgesehen, die kleine. Luftströmungen von dem Inneren des Gebläserades 20 hindurchtreten lassen. Die durch die Spalte 24 hindurchtretende Luft gelangt in den Strömungskanal 1, während die durch die Spalte 25 hindurchtretende Luft in eine Kammer 26 gelangt, die zwischen dem Gebläserad 20 und der Hochdruckturbine 5 ausgebildet ist. Luft aus der Kammer 26 gelangt durch Öffnungen 27 im radial inneren Abschnitt des Gebläserades 20 nach hinten und wird dann, wie durch einen Pfeil 30 angedeutet, zur Kühlung der Zwischendruckturbine 7 benutzt.
  • Eine Luftströmung, die durch den Zwischendruckkompressor verdichtet wurde, strömt ebenfalls durch die Öffnungen 27, um die Kühlung der Zwischendruckturbine 7 zu unterstUtzen.
  • Ein Teil der Luft in der Kammer 16 tritt radial aus dieser nach außen, wie durch die Pfeile 31 angedeutet und gelangt nach den Schaufelfiüßen 32 der Rotorschaufeln der Zwischendruckturbine 7.
  • Luft, die an der Labyrinthdichtung 21 vorbeiströmt, kann in eine Kammer 33 eintreten, die zwischen dem Gebläserad 20 und der Wandung 14 definiert ist. Diese Luft wird dann stromabwärts über einen hohlen Ringkörper 34 abgezapft, der axial vorsteht und von den Wänden 14,15 getragen wird. Diese Wände sind daher bezüglich des Druckes ausgeglichen.
  • Dig. 2 zeigt nur einen Teil einer anderen Ausführungsform eines Gasturbinenstrahltriebwerks gemäß der Erfindung. Der restliche Teil, der in Fig.2 nicht dargestellt ist, entspricht der Darstellung nach Fig.l. Teile des Ausführungsbeispiels nach Fig.2, die jenen nach Fig.1 entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist an der stromabwärtigen Seite der Hochdruckturbine 5 eine Scheibe 35 befestigt, die einen radial verlaufenden Raum 36 hiermit definiert, der mit den Schaufelfüßen 22'in Verbindung steht, wobei die Scheibe 35 mit Schaufeln 37 ausgerüstet ist, die in dem Raum 36 einstehen. Das radial äußere Ende der Scheibe 35 berührt eine Schulter 40 der Hochdruckturbine 5. Das radial innere Ende der Scheibe 35 ist an einem Ringkörper 41 befestigt, welch letzterer an einem Flansch 42 der Hochdruckturbine 5 festgelegt ist. Der Ringkörper 41 ist mit integralen Einlaßleitschaufeln 43 ausgestattet.
  • Luft, die radial durch die hohlen Düsenleitschaufeln 6 nach innen geströmt ist, tritt jetzt über eine Ringkammer 44 und einen radial verlaufenden Ringkanal 45 hindurch, so daß sie über die Einlaßleitschaufeln 43 und dann über die Schaufeln 37 im Raum 36 strömt. Auf diese Weise tritt die Luft, die den Kanal, welcher von den Teilen 6> 44,45,4),36,37 gebildet wird, verläßt, nach den Schaufelfüßen 22, so daß die Schaufeln der Hochdruckturbine 5 gekühlt werden, wobei die Schaufeln 37 und 43 eine weitere Kompression dieser Luft bewirken.
  • Patentansprüche

Claims (8)

  1. Patentansprüche: 1 Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem ringförmigen Hauptströt>/ mungskanal, in dem ein Kompressor, eine Verbrennungseinrichtung und eine Turbine in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein Kanal mit dem Hauptströmungskanal an der stromaufwärtigen Seite der Verbrennungseinrichtung in Verbindung steht, daß der Kanal nur einen Teil der durch den Strömungskanal fließenden LuSt empLängt, die durch den Kompressor verdichtet ist, und daß der Kanal die ihn durchströmende Luft autenigstens einen Teil der Turbine richtet, um letztere zu kühlen, und daß Mittel vorgesehen sind, um eine weitere Kompression der durch den Kanal strömenden komprimierten Luft zu bewirken.
  2. 2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Mittel zur weiteren Kompression benachbart zur Turbine angeordnet sind.
  3. 3. Triebwerk nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Mittel zur weiteren Kompression aus einem hohlen, sich drehenden Gebläserad bestehen, das einen Teil des Kanals bildet und durch welches Luft radial nach außen gelenkt wird, und daß die Drehung des Gebläserades,das radial innerhalb des Strömungskanals liegt, die weitere Kompression durch Zentrifugalverdichtung bewirkt.
  4. 4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z ei c h n e t daß das Gebläserad durch die Turbine angetrieben wird.
  5. 5. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Gebläserad eine Scheibe aufweist, die an der Turbine befestigt ist und einen radial verlaufenden Raum damit definiet, der jenen Teil des Kanals bildet, und daß die Scheibe mit integralen Schaufeln versehen ist, die sich in den Raum hinein erstrecken.
  6. 6. Triebwerk nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß ein Ringkörper an der Turbine festgelegt ist, der mit integralen Einlaßschaufeln versehen ist, über die die Luft abströmt, die durch den Raum strömt.
  7. 7. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß das Gebläserad auf der stromabwärtigen Seite der Turbine angeordnet ist.
  8. 8. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Kanal einen Abschnitt aufweist, der radial außerhalb des Hauptströmungskanals liegt und einen weiteren Abschnitt besitzt, der durch einen hohlen Statoraufbau gebildet wird, der sich radial über dEn Hauptströmungskanal erstreckt, und daß das Innere des hohlen Statoraufbaus mit dem Inneren des Gebläserades in Verbindung steht.
    L e e r s e i t e
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