DE2121069A1

DE2121069A1 - Gasturbinentriebwerk mit Kuhlsystem

Info

Publication number: DE2121069A1
Application number: DE19712121069
Authority: DE
Inventors: Donald Edward Cincinnati Ohio Uehling (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-08-03
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1972-02-10
Also published as: FR2101178B1; BE766536A; CA951921A; US3632221A; FR2101178A1; GB1345910A

Description

Gasturbinentriebwerk mit Kühlsystem

Die Erfindung betrifft allgemein ein Kühlsystem für Gasturbinentriebwerke und insbesondere ein derartiges System, das eine Vortexvorrichtung enthält, um die Größe der zum Turbinenabschnitt des Triebwerkes gelieferten Kühlströmung zu regulieren.!

In dem Bestreben, die Leistungen von Gasturbinentriebwerken zu vergrößern, versuchen die Hersteller ständig, die Betriebsgesamttemperatur derartiger Triebwerke zu erhöhen. Bei derzeitigen Triebwerken wurden gewöhnlich Brenner-Gastemperaturen

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zwischen 1000 und 1400 ^QC benutzt. Ungeachtet dieser Tatsache sind die Hersteller ständig bemüht, die Betriebstemperaturen noch weiter zu erhöhen.

Gasturbinentriebwerke der hier allgemein interessierenden Art umfassen normalerweise einen Kompressor, ein Hauptverbrennungssystem, eine Turbine, ein Strahlrohr (das möglicherweise ein verstärkendes Verbrennungssystem enthält) und eine Schubdüse mit .variabler Fläche. Turbogebläseantriebe, die zusätzliche Gebläsestufen und Gebläseturbinenantriebe enthalten, verwenden vorstehend beschriebene Gasgeneratoren, um den Gebläseabschnitt anzutreiben. In derartigen Triebwerks- oder Gasgeneratoren tritt die Luft herkömmlicherweise in einen Einlaß ein und wird innerhalb des Kompressors komprimiert, zusammen mit bemessenem Brennstoff in dem Hauptverbrennungssystem gezündet, um eine hochenergetische Gasströmung zu erzeugen, entwickelt Arbeit, während sie sieh durch die Turbine hindurch ausdehnt, und tritt durch die Düse mit variabler Fläche hindurch aus. Die große Energie, die mit dem aus der Schubdüse austretenden Gas verbunden ist, liefert den Vorwärtsschub für ein Luftfahrzeug, das durch ein derartiges Triebwerk angetrieben wird.

Das Problem, das im allgemeinen mit der steigenden Gastemperatur des in dem oben beschriebenen Verbrennungssystem erzeugten Hauptgasstromes verbunden ist, liegt darin, daß die stromabwärts von dem Verbrennungssystem angeordneten Komponenten nicht in der Lage sind, derartig hohen Temperaturen zu widerstehen. Die den höchsten Temperaturen ausgesetzten Komponenten sind dabei nicht die Bauteile des Verbrennungssystems selbst, sondern die Turbinenschaufeln und die dazwischen angeordneten Blätter stromabwärts von den Brennern. Um die Temperaturen dieser Turbinenschaufeln und/oder Blätter auf Werte Innerhalb der Materialgrensen herabzusetzen, ist es üblich geworden, einen Strom relativ kalter Luft durch die Blätter cu leiten. Normalerweise wird diese Kühlluft der Hauptluftströmung irgendwo entlang der axialen Länge des Triebwerkkompressors entnommen und zum Tür« {

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binenabschnitt geleitet. Die Kühlluft wird durch die Turbinenblätter durch öffnungen hindurchgelenkt, die in einer Stirnfläche eines Rotors vorgesehen sind, der die Turbinenblätter trägt und mit einer Kühlkammer in Verbindung steht, die durch Ablaßluft des Kompressors unter Druck gesetzt ist. Alternativ können das Turbinenblatt (-blätter) und die Scheibe(n) auch dadurch gekühlt werden, daß die Kühlluft auf ihrem Weg zu den Turbinenblättern durch radiale Kanäle in dem Turbinenrad strömt.

Wie oben bereits erwähnt wurde, werden die Gastemperaturen von Triebwerken erhöht, um das Leistungsvermögen von Gasturbinen- ' triebwerken zu verbessern. Die oben erwähnten Spitzentemperaturen treten jedoch normalerweise nicht während eines gesamten Plugbetriebes auf. Das bedeutet, daß bei einer Veränderung der Schubwerte des Triebwerkes durch den Piloten auch die Gastemperaturen innerhalb des Triebwerkes verändert werden. Eine entsprechende Darstellung der Rotordrehzahl des Triebwerkes über der Turbineneinlaßtemperatur ist in Fig. 1 dargestellt. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Turbinenkühlluft normalerweise Abzapfluft, die am Kompressor abgezogen wird. Um jedoch den Wirkungsgrad des Triebwerkes zu optimieren, muß die Kühlluftmenge, die während des Triebwerksbetriebes von der Hauptluftströmung abgezogen wird, möglichst klein gemacht werden. Somit ist es * höchst erstrebenswert, die an die Turbine und die Turbinenscheibe abgegebene Kühlluftmenge in dem Maße verändern zu können, wie sich deren Temperaturen ändern.

Die mit früheren Versuchen verbundene Hardware zur Veränderung der Kühlluftmenge entsprechend den Kühlerfordernissen des Turbinenblattes ist recht kompliziert und schwer gewesen. Darüber hinaus erforderten viele bekannte Vorrichtungen eine Anzahl bewegter Komponenten, um die Kühlluftmenge zu verändern. In der Tat ist keine derartige Vorrichtung bekannt, die zur Anpassung der Turbinenkühlluft im allgemeinen Gebrauch ist.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

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einfache, leichtgewichtige und betriebssichere Vorrichtung zur Veränderung der Größe des Kühlstromes zu schaffen, der zu einem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerkes geleitet wird. Ferner beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung, die nach einem rein fluidischen Prinzip arbeitet und vollständig innerhalb einer Kompressortrommel angeordnet werden kann.

Diese Aufgaben werden, kurz gesagt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug mit wenigstens einer Kompressorscheibe geschaffen wird, die getrennt oder gespalten ist, um einen Kanal für die Kühlluftströmung vom Umfang zur Bohrung der Scheibe zu bilden. Innerhalb des Kanales angeordnet und mit der Kompressorscheibe verbunden sind zahlreiche Luftdüsen, deren Auslässe entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kompressorscheibe gerichtet sind. Diese Luftdüsen sind fluidisch mit einer Druckluftquelle verbunden, deren Druck größer ist als derjenige des Kanales. Es sind Ventilelemente vorgesehen, um die Menge der an die Luftdüsen abgegebenen Druckluft zu verändern. Diese Luftdüsen werden dazu verwendet, die Stärke einer natürlichen Turbulenz (Vortex) zu verändern, die in dem Kühlstrom innerhalb des Kühlkanales erzeugt wird, wenn sich die Kompressorscheibe dreht. Die Stärke dieses Vortexfeldes wird dann dazu verwendet, die Größe des Kühlstromes im Kanal und somit die Größe der Strömung zu steuern, die zum stromabwärts vom Kompressor angeordneten Turbinenabschnitt gelangt .

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Turblneneinlaßtemperatur über der Rotordrehzahl des Triebwerkes.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Axialschnittes eines Teils eines erfindungsgemäß aufgebauten Gasturbinentriebwerkes .

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Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht von in Fig. 2 gezeigten Teilen.

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung entlang den Linien 4-4 in Fig. 3.

Fig. 5 ist ein axialer Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Kurvendarstellung der Turbineneinlaßtemperatur über der Turbinendrehzahl angegeben, die für ein Gasturbinentriebwerk oder ein Turbogebläsetriebwerk typisch ist. Diese Kurvendarstellung zeigt, daß die an den Turbinenkomponenten auftretende Temperatur sich sehr stark mit der Turbinendrehzahl ändert. Um nun einen sicheren Betrieb des Triebwerkes zu gewährleisten, muß selbstverständlich die Größe der an die Turbinenkomponenten abgegebenen Kühlströmung in der Lage sein, die Komponenten auf einer annehmbaren Temperatur zu halten, wenn sich die Turbineneinlaßtemperatur auf ihrem Maximum (im allgemeinen bei der maximalen Turbinendrehzahl) befindet. Diese Größe der Kühlströmung ist jedoch viel größer als erforderlich, wenn die Turbineneinlaßtemperatur bei kleineren Turbinendrehzahlen wesentlich herabgesetzt ist. Um nun den Wirkungsgrad des Triebwerkes aufrechtzuerhalten, ist es wünschenswert, eine Einrichtung zur Verfügung zu haben, mit der die Größe des zur Turbine geleiteten Kühlstromes verändert werden kann.

In diesem Sinne ist in Fig. 2 ein Gasturbinentriebwerk 10 dargestellt, das ein Außengehäuse 12 aufweist, in dem Luft durch einen Kompressor 14 unter Druck gesetzt wird, die dann zu einem Brenner 16 geleitet wird. Wie allgemein bekannt ist, wird Brennstoff durch zahlreiche Düsen 18, von denen nur eine gezeigt ist, in den Brenner 16 eingespritzt und die dabei entstehende Brennstoff-Luftmischung wird gezündet, um einen hochenergetischen Gasstrahl zu erzeugen.

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Der hochenergetische Gasstrahl, der mit der Bezugszahl 20 versehen ist, strömt dann zur Turbine 22 durch eine feststehende Einlaßdüse 2k hindurch, die am stromabwärts gelegenen Ende des Brenners 16 angeordnet ist. Dann tritt der hochenergetische Gasstrahl 20 durch eine nicht gezeigte Schubdüse des Triebwerkes hindurch aus, um die Vortriebskraft des Triebwerkes 10 zu erzeugen.

Die Luft strömt durch den Kompressor Ik in einer ringförmigen Strömungsbahn, die an ihren inneren Begrenzungen durch die Umfange einer Reihe miteinander verbundener Scheiben 26 begrenzt ist, die auf dem Umfang angebrachte Kompressorblätter 28 aufweisen, welche in den Gasstrahl hineinragen. Die äußeren Begrenzungen der ringförmigen Strömungsbahn werden durch das äußere Triebwerkgehäuse 12 gebildet, welches auf dem Umfang angebrachte Statorschaufeln 30 aufweist, die zwischen jeder Reihe der rotierenden Blätter 28 in die Gasströmung hineinragen.

Die ringförmige Strömungsbahn setzt sich durch eine Auslaßführungsschaufel 32 hindurch fort, die stromabwärts von dem Kompressor Ik angeordnet ist. Unmittelbar hinter der Auslaßführungsschaufel 32 zerteilt ein Schnabelelement 3k, das das stromaufwärts gelegene Ende des Brenners 16 bildet, die ringförmige Strömungsbahn in die Kühlkanäle 36 und 38 und den Diffusorkanal k0. Somit strömt ein Teil der Kompressoraustrittsluft um den Brenner 16 herum, um diesen zu kühlen, während die übrige Luft durch den Diffusorkanal k0 hindurch in den Brenner 16 eintritt und darin gezündet wird, um den hochenergetischen Gasstrom 20 zu erzeugen.

Die somit gebildete hochenergetische Gasströmung tritt dann durch einen ringförmigen Strömungskanal für die Turbine 22. Dieser wird durch die Umfange von zwei Scheiben k2 begrenzt, die für eine Drehung durch einen Hitzeschild kk und ein ringförmiges Drehmomentglied k6 miteinander verbunden sind. Auf dem Umfang angeordnete hohle Turbinenblätter k5 erstrecken sich von

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den Scheiben ¹12 in den oben beschriebenen ringförmigen Strömungskanal. Die Kompressorscheiben 26 und die Turbinenscheiben 42 sind für eine Drehung durch gegenüberliegende konische Rotorelemente 52, 54 und eine rohrförmige Welle 56 miteinander verbunden, die zur Bildung eines sogenannten Triebwerksrotors zusammenwirken. Der Triebwerksrotor ist zur Drehung durch Vorrichtungen gelagert, die zwar nicht dargestellt sind, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind, die aber Schublager, Rahmenteile usw. umfassen würden. Diese Teile würden in irgendeiner bekannten Weise geschmiert werden.

Wie bereits dargelegt wurde, ist die Temperatur des hochenergetischen Gasstromes genügend groß, so daß es wünschenswert ist, an gewissen Komponenten des Turbinenabschnittes für Kühlluft zu sorgen. Aus diesem Grunde ist, wie in Fig. 3 deutlich dargestellt ist, eine oder mehrere der Kompressorscheiben 26 in zwei getrennte Scheibenabschnitte 62 unterteilt, um dazwischen einen Kanal 6¹I für die Kühlluft zu bilden. Der Kühlkanal 64 ist über zahlreiche radiale Löcher 66, die durch den Umfang der Kompressorscheibe gebohrt sind, fluidisch mit der ringförmigen Strömungsbahn des Kompressors verbunden. Der Kühlkanal 64 leitet somit einen gewissen Prozentsatz der Gasströmung von der ringförmigen Strömungsbahn des Kompressors zu einer in Fig. 2 gezeigten Luftkammer 68, die zum Teil durch das konische Rotorelement 52, die röhrenförmige Welle 56 und die Umfangsabschnitte der Kompressorscheiben 26 gebildet wird.

Die Kühlluft strömt dann durch zahlreiche Luftlöcher 72 hindurch, die in dem konischen Rotorelement 52 angeordnet sind, in eine zweite Luftkammer 70. Diese Luftkammer 70 ist durch die konischen Rotorelemente 52 und 54 und einen im allgemeinen zylindrisch geformten Strömungsteil 74 begrenzt, der auf seinen entgegengesetzten Enden durch die Auslaßführungsschaufeln 32 und die Turbinenelnlaßdüse 24 getragen wird. Der Wandteil 74 begrenzt darüber hinaus den oben erläuterten Kühlkanal 38.

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Wie In Pig. 2 deutlich gezeigt ist, gelangt die Kühlluft, die allgemein durch die Bezugs zeichen 76 be: «ei chnet iit₅ als nächster in eine? dritte Luft kammer 78_S die durch das l'.oni sehe Rotor element ^r)^ - die röhrenförmige Welle f>6 und ein Rotorhalterungselement 80 be grenzt ist, elas mit dem stromabwcirti; gelegenen Ende von einer- der Turbinenscheiben ^li2 verbunden ist. Die von der Luftkammer 70 in die Luftkammer 7$ stimmende Luft nimmt diesen VJc-g durch ein odei¹ mehrere Luft löcher $2 hindurch, die in dem Ifonirchen Rotorelement 5'1 angeordnet sind.

Die Kühlluft 76 strömt dann zwischen die; Turblnen^cbriben ^ll-2 und kühlt- romlt dei-en äußere Oberf lä'chf n. Dann setzt die Luft ihre Strömungobahn durch eine öffnung iU\ hindurch, die in de-m ringförmigen Drehmomentglied k6 gebildet ist, und somit in eine Kammer 86 fort, die durch das ringförmige Drehmomentglied Hb und den Turbinenhitzeschild ¹Ml gebildet li?t. Durch radiale KanMlo BO, die durch die Turbinensoheibcn ^l\? hindurchgeführt sind, v-ird die Kühlluft dann su den inneren Abschnitt en "der hohlen Turbinenblätter '15 befördert. Die Kühlluft tritt in die radialen Kanäle 00 durch Löcher 90 hindurch ein, die in dem Turbinenhit .-ze sch! Id kk ausgebildet- sind. Nachdem diese Kühlluft ihm Funktion zur Kühlung der TurbJnc-nblät t rr erfüllt hat, kann öle sich mit dem hochenergetischen Gasstrom ?.O mi.schon, bevor sie in bekannter V/eise durch die nicht gez-eigte Schubdüse hindurch ausströmt.

Wie eingangs bereits dargelegt wurde, besteht die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine einfache und betriebssichere Vorrichtung zur Veränderung der Größe des Kühlluft« stromes su schaffen, der den Turbinenhla'ttern zugeführt wird« Zu diesem Εν/eck sind, \<ie in den Figuren 3 und Ί deutlich ge·= K-eigt ist, innerhalb des Kanales 6'J an der Innenwand von einem der getrennten Schtlbenabschnitte 6?. entlang zahlreiche kleine Strahldüsen 9P- angeordnet« Die Strahldüsen S)? sind in der Weiße au dem getrennten Soheibenabschnltt I? entlang angeordnet j daß die iii.it ,jeder Strahldüse 92 verbundenen Auslasse Q'l in der Lage

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sind, in einer zur Drehrichtung des getrennten Scheibenabschnittes 92 entgegengesetzten Richtung Druckluft abzugeben.

Jede Strahldüse 92 ist mittels einer Rohrleitung 96, die, wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, mit der Außenseite des getrennten Scheibenabschnittes 62 in Verbindung steht, mit einer Drucklöftquelle verbunden. Die Rohrleitung 96 steht ihrerseits mit einem Steuerventil 98 in Verbindung, das für eine Drehung mit der röhrenförmigen Welle 56 an dieser angebracht sein kann. Das Steuerventil 98 verändert die Menge der an die kleinen Strahldüsen 92 abgegebenen Druckluft, was im folgenden beschrieben wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, steht das Steuerventil 98 über eine zweite Rohrleitung 100 mit einer Druckluftquelle in Verbindung. Auf Wunsch können zahlreiche Ventile 98 und Leitungen 100 vorgesehen sein. Obwohl die Druckluft an irgendeiner Stelle entnommen werden kann, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Rohrleitung IQO mit der ringförmigen Strömungsbahn des Kompressors an einer Stelle verbunden, die stromabwärts von derjenigen Kompressonsture liegt, welche die getrennten Scheibenabschnitte 62 aufweist. Zu diesem Zweck ist in dem Umfang von einer der stromabwärts gelegenen Kompressorscheiben 26 ein aus einem oder mehreren Löchern 102 bestehender Luftdurchlaß vorgesehen. Sollten zahlreiche Löcher 102 gewählt werden, so könnte die davon entnommene Steuerströmung verteilt werden, um dadurch den Entnahmedruck auf dem Umfang auszugleichen. (Wie allgemein bekannt ist, steigt der Druck das Gasstromes an, wenn die Luft in einem Axialkompressor stromabwärts strömt. Deshalb ist der Druck der durch die Luftlöcher 102 strömenden Luft größer als der Druck der durch die Luftlöcher 66 strömenden Luft.) In Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation könnte die Luft von der Rohrleitung 96 durch einen Verteiler geleitet werden, der in einem der getrennten Scheibenabschnitte 62 ausgebildet 1st, um dann den Strahldüsen 92 zugeführt zu werden; alternativ könnte auch jede radiale Reihe der Strahldüsen 92 mit einer

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getrennten Rohrleitung 96 und einem Steuerventil 98 versehen werden.

Wie bereits dargelegt wurde, bilden die Kompressorscheiben 26 und somit die getrennten Scheibenabschnitte 62 einen Teil des Kompressorrotors. Das bedeutet, daß die Kompressorscheiben 26 rotieren, um für eine Rotation der Kompressorblätter 28 zu sorgen. Aufgrund dieser Rotation neigt die durch den Kühlkanal 64 strömende Kühlluft zur Ausbildung einer natürlichen Turbulenz (Vortex) innerhalb des Kanales 64. Um diese Turbulenz zu übex³-winden, waren bekannte Vorrichtungen mit radial verlaufenden Stäben oder Schaufeln ausgerüstet, die die Bildung einer derartigen Turbulenz (Vortex) verhinderten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eliminiert nicht nur das Erfordernis für die radialen Schaufeln, sondern nutzt auch die natürliche Turbulenz aus, um die Größe des durch den Kanal 64 strömenden Kühlstromes und somit die Menge der Kühlluft zu steuern _s die je nach Wunsch su den Turbinenscheiben 42 und in die Innenräume der Turbinenblätter 45 befördert wird*

Eine Anpassung der den Turbinenblättern zugeführten Kühlluftmenge wird in folgender Weise erzielt. Wenn das Steuerventil geöffnet ist, strömt Steuerluft durch die Luftlöcher 102, die Rohrleitung 100, das Steuerventil 98, die Rohrleitung 96 und somit aus den kleinen Strahldüsen 92 heraus. Wenn Luft aus diesen Strahldüsen 92 herausströmt, wird in dem Kühlkanal 64 eine aerodynamische Sperre gebildet, um die Bildung der natürlichen Turbulenz (Vortex) auf ungefähr die gleiche Weise zu verhindern_s wie dies die radial verlaufenden Schaufeln tun würden. Die Anzahl der Strahldüsen 92₃ ihre radiale Anordnung und die Größe des Winkels θ (Fig. 4) hängt von der vorgesehenen Drehzahl und der Größe der getrennten Scheibenabschnitte 62 ab. Die Anzahl und die Lage bzw. Anordnung werden am besten durch analytische und experimentelle Entwicklung bestimmt.

In einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel spricht das Steuerven-

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ZT21ÜG9

- li -

131 ⁽ί8 in der Welse auf die Zentri fugalkraft an, daß die"maximale nteuei-st römung bei der maximalen Rotordrehzahl der. Korn pirrnori! ουίΊ τ iti. Somit tritt bei maximal er Rotordrelmohl (und s(;ri'it im Normal fall bei maximaler Tinbineneinlaidi empcra-> 1.in , wie in !'if. 1 gezeigt ist)" die maximale Steuerströmunf; durch die strahldüsen 9? hindurch, so dal? dadurch mit- ilicher-• if H do /lUi'b-fiu einer Türbulenr (Vmtex) innerhalb der: Kanal es {'■^l\ veihiuueit irt, I'ic I-.ühl strömung durch die radialen Löebrr 66 wird i-cmit nicht dui'e-h eine Tuibulrm: (Vortex) behindert_t und durch die radialen Löcher· 66 t-ritt eine- maximale Strömung, Die tatsüehJiehe (irf'ie der KHhlstrttinuuii \.'ürde selbst verständlich von drr Hieße und. dei Anzahl der Lörhii 66, dem Druck;;!'-fr*Jl fU'i.-r den Löchern 66 und denrrrmalen, mit einem derartigen f-t röniunp.Kpyr t cm veii.'undenfiii Yerluft in abh'inpoii.

l,xi]i; die I^ toi drehzahl der; Kompi*( rvors fund die Turbinenein] aft icHH t rai ur) nt.-nimmt., läßt das ßteu< rveni 11 QB eine kleinere .'M i^!tu" ret r"-»!Ulic, durch, und somit nimmt die Strömung durch die 'Ίi ri;hJ.diJf:f.'n 9Γ hindurch ab. Wenn "die .^qt i'ömuiig durch die Diiiicn )>', Jiiridui'c.h lslcincr wird, bildet rirl) eine Tei Iturbulenr. in <\< π. Iiiisal (Wl₁UHd der mit einer* solchen Turbulenz verbundeiu Di u<^!kaul'bau führt zn einer geringen Kühlst lömung durch die radialen Löcher (>C>. Wenn sich also innerhalb der* Kanälen 6Ί (.ine Turbulenz (Vortex) aufbaut, nimmt atr Druel·abfall über den radialen Löchern 66 ab und somit sinj.t die Kühl strömung durch die radialen Löcher 66«

Κι; -'. i betont, daß mit der in den Figuren ?. - ^ ßOEeipten \^forrichtutif, venn eine maximale Kühl strömung erforderlich ist, die Abi iipfMi-f'-muiur durch die Luftlöcher 102, die für die Vortex-SteueiTt i'!¹!; mir verwendet wird, den Haupt-kühl strom durch die radialen Löcher 66 vorrttirkt, nachdem sie ihre Funktion zur Verhinderung einer Vortexbildung erfüllt hat. Wenn eine minimale Kühl strömung durch die radialen Löcher 66 erforderlich ist, wird die ί -t römung durch die Lu ί t löcher 10? hindurch im weseni lichen null. Obwohl das Verhältnis der Steuerst römunp-

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BAD ORfGiNAL

durch die Luftlöcher 102 zur Kühlströmung durch die radialen ■ Löcher 66 von System zu System variiert, kann ein anzustrebendes Verhältnis in der Größenordnung von 1 : 5 liegen.

Für das Steuerventil 98 könnte zwar jeder Ventiltyp verwendet werden, wie es oben dargelegt wurde; wünschenswerterweise wird aber eine zentrifugal betätigte Ventilart verwendet. In jedem Falle sollte das Steuerventil 98 so ausgelegt sein, daß es im Falle eines Fehlers öffnet, so daß die Turbine im Störungsfall eine maximale Kühlströmung erhält.

Wie in dem in Fig. 5 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel gezeigt ist, könnte das Steuerventil oder die Ventile 98' auch auf dem Umfang von einer der Kompressorscheiben 26 angeordnet sein. In diesem Falle verläuft die Steuerströmungsleitung (en) 100^! an dem äußeren Abschnitt der Scheibe 26 entlang zu einem Verteiler 10^ _s der entweder außerhalb oder innerhalb von einem der getrennten Scheibenabschnitte 62' angeordnet ist. Die Luft strömt dann von dem Verteiler 104 zu den Strahldüsen 92, um die Bildung einer Turbulenz (Vortex) innerhalb des Kanales 64 zu verhindern. Wie es bereits in Verbindung mit den Figuren 2-4 beschrieben wurde.

In beiden dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde erfindungsgemäß ein Steuerungssystem geschaffen, das vollständig innerhalb der Kompressortrommel enthalten ist. In beiden Fällen sind die einzigen bewegbaren Teile in dem ganzen System die zu dem Steuerventil oder den Ventilen 98 gehörenden Teile. Aus der vorstehenden Beschreibung sollte eindeutig hervorgehen, daß erfindungsgemäß eine einfache, betriebssichere und leichtgewichtige Vorrichtung zur Steuerung der einem Turbinenabschnitt eines Gasturbinentriebwerkes zugeführten KUhlströmungsmenge geschaffen wurde.

Obwohl nur zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben xirurdenj, so sind doch innerhalb der gegebenen Lehren

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verschiedene Modifikationen und Abänderungen möglich. Auch wenn in der vorstehenden Beschreibung nur von Gasturbinentriebwerken für Luftfahrzeuge gesprochen wurde, so wird doch deutlich, daß die Erfindung auf jedes Turbostrahltriebwerk, Turbogebläse oder Turbowellentriebwerk anwendbar ist, das einen Gasgenerator oder ein Kerntriebwerk verwendet, welches eine variable Kühlung erfordert. Desgleichen wurde die Erfindung zwar anhand eines Gehäuses beschrieben, in dem die Auslässe der Düsen 96 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kompressorscheiben gerichtet sind. Die Vorrichtung würde aber gleichfalls arbeiten, wenn die Düsen in die entgegengesetzte Richtung gerichtet wären, um die natürliche, in der Kammer gebildete Turbulenz (Vortex) zu verstärken.

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Claims

Ansprüche

1. Gasturbinentriebwerk mit einer ringförmigen Gasströmung und einem rotierenden Element, das einen Kompressorrotor mit zahlreichen in die Gasströmung hineinragenden Kompressorblättern und einen Turbinenrotor mit zahlreichen Turbinenblättern aufweist, die von den Turbinenscheiben in die Gasströmung hineinragen und zu Kühlzwecken Kanäle aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß der Kompressorrotor Elemente (62) zur Bildung einer Vortexkammer (64), einen ersten Verbindungsweg (66) zur Bildung einer Strömungsbahn von der Gasströmung zur Vortexkammer (64), einen zweiten Verbindungsweg (68, 70» 78) zur Bildung einer Strömungsbahn von der Vortexkammer (64) zur Turbinenscheibe

(42) sowie zu Blattkanälen (88) und eine Einrichtung (92,

der

98) zur Veränderung der Stärke/infolge der Drehung des rotierenden Elementes in der Vortexkammer (64) gebildeten natürlichen Turbulenz aufweist, so daß die Strömungsmenge zur Turbinenscheibe (42) und zu den Blattkanälen (88) steuerbar ist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kompressorrotor zahlreiche Scheiben (26) zur Halterung der Kompressorblätter (28) aufweist und wenigstens eine der Kompressorscheiben (26) getrennte Abschnitte (62) zur Bildung der Vortexkammer (64) enthält.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die die Turbulenzstärke verändernde Einrichtung zahlreiche Strahldüsen (92), die innerhalb der Vortexkammer (94) angeordnet sind, und Vorrichtungen (96, 98, 100) zur Beförderung ton Steuerströmungsmittel zu den Strahldüsen (92) aufweist.

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iJ. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahldüsen (92) radial an einem der getrennten Scheibenabschnitte (62) entlang angeordnet sind.

¹J. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtungen zur Beförderung des Steuerströmungsmittels eine Rohrleitung (100), die fluidisch mit einer Druckströmungsquelle verbunden ist, und ein Ventil (98) zur Veränderung der Menge des durch die Rohrleitung (100) strömenden Druckströmungs- f

mittels umfassen.

6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Druckströmungsquelle die Gasströmung (20) ist.

7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (98) durch Zentrifugalkraft steuerbar ist«

8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (98) einen _A

maximalen Strömungsmitteldurchlaß durch die Rohrleitung (96 100) bei einer maximalen Drehzahl des rotierenden Elementes gestattet.

9. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Verbindungsweg ein oder mehrere radiale Luftlöcher (66) umfaßt, die innerhalb eines Umfangsabschnittes derjenigen Kompressor- , scheibe (26) angeordnet sind, die die getrennten Scheibenabschnilte (62) aufweist.

10. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das rotierende Element

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eine röhrenförmige Welle (56), ein erstes konisches Rotors element (52), das an einem Ende mit der röhrenförmigen Welle (3&) und. an seinem entgegengesetzten Ende mit den Kompressorscheiben (26) verbunden 1st, und ein zweites konisches Rotorelement (5²O aufweist, das an einem Ende mit der röhrenförmigen Welle (56) und an seinem entgegengesetzten Ende mit dem Turbinenrotor verbunden ist.

11. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das erste konische Rotorelement (52) mit 'der röhrenförmigen Welle (56) zur Bildung einer ersten Luftkammer (68) zusammenwirkt, die ersten und zweiten konischen Rotorelemente (52, 5*0 zur Bildung einer zweiten Luftkammer (70) zusammenwirken und das zx^eite konische Rotorelement (5²O mit der röhrenförmigen Welle (56) zur Bildung einer dritten Luftkammer (68) zusammenwirkt.

12. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Verbindungsweg (68_S 70, 78) ein oder mehrere Luftlöcher (72), die in dem ersten konischen Rotorelement (52) angeordnet sind, und ein oder mehrere Luftlöcher (82) umfaßt, die in dem zweiten konischen Rotorelement (5*0 angeordnet sind, so daß die Kühlluft von der Vortexkammer (64) in die erste Luftkammer (68), von der ersten Luftkammer (68) in die zweite Luftkammer (70), von der zweiten Luftkammer (70) in die dritte Luftkammer (78) und von der dritten Luftkammer (78) in die Turbinenfelattkanäle (88) strömen kann.

13. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil (98) in der ersten Luftkammer (68) eingeschlossen ist.

14. Gasturbinentriebwerk nach einem ader mehreren der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet , daß eine fluldische Vorrichtung zur Steuerung der Stärke

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einer innerhalb der Vortexkammer (64) infolge der Drehung
der rotierenden Teile gebildeten natürlichen Turbulenz vorgesehen ist, die zahlreiche, in der Vortexkammer (64) angeordnete Strahldüsen (92) und eine Einrichtung zur Beförderung des Steuerströmungsmittels zu den Strahldüsen (92)
umfaßt.

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