DE2404040C2 - Halterung für eine innere Kühlverkleidung des Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrenners - Google Patents

Halterung für eine innere Kühlverkleidung des Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrenners

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DE2404040C2 DE2404040A DE2404040A DE2404040C2 DE 2404040 C2 DE2404040 C2 DE 2404040C2 DE 2404040 A DE2404040 A DE 2404040A DE 2404040 A DE2404040 A DE 2404040A DE 2404040 C2 DE2404040 C2 DE 2404040C2
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Description

Vt
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung für eine innere Kühlverkleidung des Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrenners gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Halterung ist aus der US-PS 28 46 842 bekannt.
Bei der Konstruktion von solchen Kühlverkleidungen für Nachbrenner ist eine Anzahl von grundlegenden Problemen zu lösen. Das erste Problem betrifft die mechanische Stabilisierung der möglichst leichten zylindrischen Kühlverkleidung. M)
Die Kühlverkleidung ist im Abstand radial innen von der Abgaskanalwand angebracht und ist einem Druck von außen ausgesetzt. Um einen relativ konstanten Kühlluftstrom zu gewährleisten, ist es notwendig, daß der Druck des Kühlmittels außerhalb der Verkleidung b1 größer ist als der Druck der Verbrennungsgase irr. Innern der Verkleidung. In einem solchen Falle strömt das Kühlmittel durch Schlitze oder Öffnungen, welche in der Verkleidung vorgesehen sind, und bildet einen Kühlmittelfilm auf der Innenseite der Verkleidung und schützt dadurch dieselbe vor den hohen Gastemperaturen im Innern der Verkleidung. Da der Druck auf der Außenseite der Verkleidung größer ist als auf der Innenseite, müssen die notwendigerweise dünnen Verkleidungen gegen Verformungen nach innen stabilisiert werden.
Ein weiteres Problem für den Gasturbinrn-Triebwerks-Konstrukteur betrifft den Einbau der Verkleidung zusammen mit ihrem umschließenden Befestigungssystem in den AbgaskanaL Wie bereits erwähnt definiert der Spalt zwischen der Kühlverkleidung und der Abgaskanalwand einen Kühlmittel-Strömungsweg; und im Falle von Turbo-Gebläsetriebwerken muß dieser auf einem Minimum des Strömungsquerschnittes gehalten werden zur wirksamen Anwendung der mit niedriger Temperatur vorliegenden Gebläseluft als ein Kühlmittel. Alle bekannten Befestigungs- oder Halterungssysteme haben sich als sehr schwierig in den Abgaskanal einzubauen erwiesen wegen der Aufsummierung der Reibung zwischen der Vielzahl von Aufhängungsteilen und Aufhängungsschienen und besonders wegen des Zeitaufwandes für die Ausrichtung der vielen Befestigungsteile miteinander.
" Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halterung für die Kühlverkleidung pvnes Nachbrennet:; der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß die relativ dünne und leichte zylindrische Kühlverkleidung formstabil in ihrer Lage gehalten wird und ein leichter Einbau der Kühlverkleidung in den Abgaskanal möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Stabilisatoren in ihren Stabilisatorführungen »schwimmend« gehalten sind und dadurch eine relative thermische Ausdehnung zwischen der Kühlverkleidung und der Abgaskaftalwandung aufnehmen können. Dadurch wird die Kühlverkleidung im Innern des Abgaskanals rund gehalten und es wird die richtige Abmessung für den Kühlmitteldurchlaßweg gebildet. Trotzdem besitzt die Halterung ein geringes Gewicht und sie kann während des Zusammenbaus leicht in das Gehäuse eingesetzt und ausgerichtet werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt einen schematischen axialen Schnitt eines Gasturbinentriebwerkes, welches eine Kühlverkleidung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält.
F i g. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der Kühlverkleidung nach Fig. 1.
F i g. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.
F i g. 4 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie 4-4 der Fig.2.
Fig.5 ist eine perspektivische Teilänsicht der Halterung für die Kühlverkleidung, wobei einige Teile der Klarheit halber weggelassen sind.
F i g. 6 gibt eine ähnliche Ansicht wie die F i g. 3 und zeigt die Kühlverkleidung während der Montage.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 des Turbo-Bläsertyps mit Mischstrom, das ein Kerntriebwerk 12 mit einer Bläserturbine 14 enthält, welche auf
einer Welle 16 befestigte Bläserlaufschaufeln 15 antreibt. Die Gebläselaufschaufeln 15 sind im Innern eines Einlaßteils 17 angeordnet, welches durch eine äußere oder Bläserverkleidung 18 gebildet ist, die das gesamte Gasturbinentriebwerk 10 umgibt Das Bläsergehäuse 18 wird mit einem Kerntriebwerksgehäuse 20 zusammen zur Bildung von parallelen Strömungswegen
22 und 23.
Die Luft, welche in den Strömungsweg 23 eintritt, wird mit Hilfe eines Verdichters 24 verdichtet und im Brenner 215 mit Brennstoff vermischt. Der Brennstoff wird dem Brenner 26 mit Hilfe einer Vielzahl von Brennstoff-lnjektionspunkten 27 aus Brennstoffrohren 28 zugeführt, weiche durch den Strömungsweg 22 hindurch verlaufen. Der erhaltene hochenergetische Gasstrom tritt aus dem Brenner 26 aus und treibt eine Turbine 30, die ihrerseits den Verdichter 24 mittels einer Welle 31 antreibt.
Wie ai-s der F i g. 1 ersichtlich, strömt die Luft, weiche durch den äußeren Bläserstromweg 22 strömt und die Luft, weiche aus dem Kerntriebwerk 12 austritt, durch einen Mischer 32, welcher die beiden getrennten Strömungswege miteinander vermischt. A:if diesen vermischten Strömungsweg wirkt dann ein Nachbrenner 34 ein, welcher aus einer Vielzahl von Brermstoffinjektoren 36 besteht. Das resultierende Brennstoff-Luft-Gemisch im Nachbrenner 34 wird mit Hilfe eines nicht gezeigten geeigneten Zünders gezündet, strömt durch einen Abgaskanal 40 und liefert anschließend eine zusätzliche Schubkraft, indem es durch eine Schubdüse 42 austritt.
Der Abgaskanal 40 ist am stromabwärts gelegenen Ende des Bläsergehäuses 18 angeordnet und enthält gemäß der Darstellung in Fig. 1 ein äußeres zylindrisches Gehäuse 44 und eine Kühlverkleidung 46. Die Kühlverkleidung 46 ist radial einwärts von dem Gehäuse 44 angeordnet und definiert einen kreisringförmigen Kühlmittelströmungsweg 48, dessen Einlaß 50 durch eine vordere Lippe 52 am stromaufwärts gelegenen Ende der Kühlverkleidung 46 gebildet wird.
Wie an sich bekannt, enthält die Kühlverkleidung 46 eine Vielzahl von öffnungen oder Schlitzen 54 zur Lieferung von Kühlluft aus dem Durchlaßweg 48 in das Innere der Verkleidung 46. Das durch die Öffnungen 54 strömende Kühlmittel ergibt einen Film von Kühlluft auf der Innenseite der Verkleidung 46 und schützt dadurch sewohl di·? Verkleidung 46 als auch das umgebende zylindrische Gehäuse 44 vor den hohen Temperaturen, welche im Betrieb des Nachbrenners 34 auftreten.
Die Arbeitsweise des Triebwerkes 10 ist an sich bekannt und wird nur kurz erläutert. Die Luft strömt durch den Einlaß 17 und die Bläserlaufschaufeln 15 wirken auf sie ein. Ein erster Teil dieser verdichteten Luft strömt durch den Bläserstromweg 22 und ein zweiter Teil strömt durch den Kerntriebwerksstromweg
23 und auf diesen wirkt der Verdichter 24 ein. Durch den Brenner 26 wird ein hochenergitischer Gasstrom erzeugt, d«r die Hochdruckturbine 30 und die Niederdruckturbine 14 antreibt, welche ihrerseits den Kerntriebwerksverdichter 24 und den Bläser 15 antreiben. Die aus der Niederdruckiurbine 14 austretende Luft und die durch den Bläserstromweg 22 strömende Luft werden im Innern des Mischers 32 vermischt und der gemischte Strom wird dem Bereich des Nachbrenners 34 zugeführt. Ein durch den Nachbrenner 34 erzeugtes resultierendes Brennstoff-Luft-Gemisch wird gezündet, um dadurch eine zusätzliche Schubkraft aus der Schubdüse 42 zu erhalten.
Ein Teil der durch den Bläserstromweg 22 strömenden Luft strömt durch den Einlaß 50 und daher durch den Kühlrr.ittelkanal 48. Diese Kühlluft strömt anschlie-
T Bend durch die Öffnungen 54 und bildet einen Film auf der Innenseite der Kühlverkleidung 46 und schützt dadurch die Verkleidung 46 und das umschließende Gehäuse 44 vor den hohen Gastemperaturen, weiche beim Betrieb des Nachbrenners34 auftreten.
in Das vorstehend beschriebene Gasturbinentriebwerk 10 ist typisch für viele der z.Zt. vorhandenen, mit Nachbrenner ausgestatteten Turbo-Gebläsetriebwerke und wurde lediglich beschrieben, um eine Anwendung der erfindungsgemäßen Halterung zu erläutern. Sie ist
Ii jedoch auch bei anderen Arten von Gasturbinentriebwerken anwendbar.
Es werden nun die Fig.2 bis 6 erläutert. Die Kühlverkleidung 46 für den Nachbrenner des Gasturbinen-Triebwerkes und das zugeordnete System zur
-<> Halterung und Stabilisierung ist dort mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Zunächst wird auf die Fig.2 Bezug genommen. Das Gehäuse 44 üis Abgaskanals ist mit Hilfe von Flanschabschnitten Sv und 58 am stromabwärts gelegenen Ende des Bläsergehäuses 18
-'"> befestigt, welche das stromabwärts gelegene und das stromaufwärts gelegene Ende des Bläsergehäuses 18 bzw. &.S Gehäuses 44 des Abgaskanals bilden. Die Flanschabschnitte 56 und 58 sind in irgendeiner geeigneten Weise untereinander verbunden, beispiels-
>" weise mit Hilfe von Bolzen 60.
Die Kühlverkleidung 46 ist an dem Gehäuse 44 des Abgaskanals mit Hilfe einer Vielzahl von Stabilisatoranordnungen 62 befestigt deren Einzelheiten in den F i g. 2 bis 6 weitergegeben sind. Die Stabilisatoranordnungen
ti 62 sind an einer oder mehreren Stellen entlang der axialen Länge der Kühlverkleidung 46 in Abhängigkeit von der Länge dieser Verkleidung angeordnet. Die Stabilisierungsanordnungen 62 enthalten eine Vielzahl von Stabilisatoren 64, welche mit gleichem Abstand um
·"' den Umfang der Verkleidung 46 beabstandet angeordnet sind, jeder der Stabilisatoren 64 enthält eine Fußplatte 66. weiche unmittelbar an der Kühlverkleidung 46 befestigt ist. eine Kopfplatte 68 und ein Zwischenverbindungsglied 70, welches vorzugsweise
·'· einstückig oder integral mit den Fuß- und Kopfplatten 66,68 ausgebildet ist.
Die Fußplatten 66 sind mit der Verkleidung 46 in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch Nieten 72, verbunden und die Stabilisatoren 64 sind mit
■·" gleichem Abstand um den Umfang der Kühlverkleidung 46 in einer Umfangsreihe angebracht. Der Stabilisator wirkt so. daß er die Rundung der Verkleidung im Innern des Abgaskanals 44 beibehält. Eine hinreichende Zaiil der Stabilisatoren 64 ist am Umfang vorgesehen, um
'·' ei.ie Verformung der Verkleidung 46 zwischen den Stabilisatoren auszuschließen. Die Stabilisatoren bewirken auch eine Beibehaltung der richtigen Kanal- oder Durchlaßhöhe zwischen dem Abgaskanal 44 und der Verkleidung 46.
h" Die Kopfplatte 6* jedes Stabilisators 64 ist in einer im wesentlichen U-förmigen Stabilisatorführung 74 festgelegt, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Sie besitzt ein Mittelteil 75 und zwei umgreifende Schenkel 76, weiche sich von entgegengesetzten Seiten des Mittelteils aus nach innen
n> erstrecken. Die Schenkel 76 können sich dabei nur über einen Teil der Litoge der Stabilisatorführung 74 erstrecken, wie dies am besten aus F i g. 5 ersichtlich ist. um das Gewicht derselben zu verringern. Wie aus den
Fig. 2 und 5 ersichtlich, wirken die umgreifenden Schenkel 76 und der Mittelteil 75 der Stabilisatorführung 74 zusammen zu einer Festlegung der Stabilisatoren 64 in radialer und axialer Richtung bezüglich der Mittellinie oder Mittelachse des Triebwerks 10. Die Stabilisatoren 64 werden in Umfangsrichtung festgelegt mit Hilfe eines Paars von Halteteilen 78, welche auf gegenüberliegenden Enden der U-förmigen Stabilisatorführung 74 angebracht sind. Somit ist jedem Stabilisator 64 eine Stabilisatorführung 74 zugeordnet, und jeder der Stabilisatoren 64 ist in allen drei Richtungen durch die Stabilisatorführungen 74 schwimmend gehalten.
Die Stabilisatorführungen 74 sind mit gleichem Abstand am Umfang eines Rings 80 angeordnet und mit demselben dauerhaft verbunden. Das Ringband 80 ist so bemessen, daß es innen in das Gehäuse 44 des Abgaskanals paßt. An sich kann die Stabilisatorführung 74 iTiii dem Ringuänd SG in irgendeiner gewünschten Weise verbunden werden. Vorzugsweise sind jedoch jeder der Halteteile 78 ein Paar Stutzen 82 zugeordnet, die dazu verwendet werden, die Stabilisatorzuführungen 74 mit dem Band 80 zu verbinden. Die Halteteile 78 weisen auch eine mit Gewinde versehene öffnung 84 auf, welche so eingerichtet ist, daß sie in Ausrichtung mit einer öffnung 86 ist, die im Ringband 80 vorgesehen ist. Die mit Gewinde versehenen Öffnungen 84 und die öffnungen 86 in der Stabilisatorführung 74 und dem Ringband 80 sind ihrerseits so eingerichtet, daß sie mit einer Vielzahl von öffnungen 88, welche in dem Gehäuse 44 des Abgaskanals angeordnet sind, in Ausrichtung gebracht werden können, wenn die Verkleidung 46 in ihre Lage im Innern des Kanals 44 gebracht wird. Auf diese Weise kann dss Rindband 80 mit dem zylindrischen Gehäuse 44 mit Hilfe einer Vielzahl Bolzen 90 verbunden werden, wenn das Ringband 80 in seiner richtigen Steüung im Innern des zylindrischen Gehäuses 44 angeordnet worden ist.
Wie am besten aus den F i g. 3 und 6 hervorgeht, ist das Ringband 80 so ausgebildet, daß es einen Spalt 92 enthält, um den Einbau der Verkleidung 46 in das Gehäuse 44 des Abgaskanals zu erleichtern. Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, sind die Stabilisatorführungen 74 so aufgebaut, daß sie einen Spalt 94 zwischen der Kopfplatte 68 und dem Mittelteil 75 der Stabilisatorführung 74 freilassen. Der Spalt oder Zwischenraum 94 ist dabei vorgesehen zur Aufnahme der verschiedenen thermischen Ausdehnung zwischen der Kühlverkleidung 46 und dem Gehäuse 44 des Kanals während des Betriebs des Nachbrenners, d. h. der Spalt 94 gestattet eine schnellere Vtachstums- oder Ausdehnungsgeschwindigkeit der Kühlverkleidung 46 im Vergleich zum umgebenden Gehäuse 44. Weiterhin gestattet der Spalt
94, welcher zwischen jeder Kopfplatte 68 der Stabilisatoren 64 und dem Mittelteil 75 der Stabilisatorführungen 74 ausgebildet ist. und der in dem Ringband 80 ausgebildete Spalt 92, daß das Ringband 80 auf einen kleineren Durchmesser zusammengezogen werden kann, wobei die Größe dieser Durchmesserverkleinerung von der Größe des Spalts 94 abhängt. Diese Möglichkeit zur Durchmesserverkleinerung des Ringbandes 80 erleichtert in beträchtlichem Maße den Einbau der Kühlverkleidung 46 in das zylindrische Gehäuse 44. Die Montage der Kühlverkleidung 46 wird auf folgende Weise durchgeführt, wobei auf Fig.6 verwiesen wird. Das Ringband 80 wird auf seinen kleinstmöglichen Durchmesser zusammengezogen und dadurch erhält man einen Spalt G zwischen dem Ringband 80 und dem Gehäuse 44. Die Kühlverkleidung 46 wird dann in das zylindrische Gehäuse 44 hineingeschoben und eine der mit Gewinde versehenen
f\t f _.... α λ ζ r»: „ _ι j «»st -..:.. j :. -:_.-. j
WIIIIUHgCII O"t till IMMgUfIIIU OU WIIU Hill CIIICI UCt
entsprechenden öffnungen 88 in dem zylindrischen Gehäuse 44 ausgerichtet, wodurch eine der mit Gewinde versehenen öffnungen 84 mit der öffnung 88 im Gehäuse ausgerichtet wird. Ein Bolzen 90 wird dann in die öffnung 84 eingefügt und dadurch wird das Ringband 80 teilweise an der Innenseite des Gehäuses 44 befestigt und ebenso werden hierdurch alle verbleibenden öffnungen 86 und 88 am Umfang des Ringbank 80 bzw. des Gehäuses 44 untereinander ausgerichtet. Die übrigen Bolzen 90 werden dann in ihre Lage in den mit Gewinde versehenen öffnungen 84 eingebracht und das Ringband 80 auf diese Weise am Gehäuse 44 befestigt. In dieser Weise werden die Stabilisatorführungen 74, der Stabilisator 64 und damit die Kühlverkleidung 46 mit dem Gehäuse 44 verbunden. Die Stabilisatoren 64 wirken so, daß sie die Verkleidung 46 im Innern des Gehäuses 44 rund halten, die richtige ciino für Hgn Kühlmiiteldürchlsßwc17 48 definieren, eine relative thermische Expansion zwischen der Verkleidung 46 und dem Gehäuse 44 gestatten, ein
••ο leichtes Gewicht besitzen und während des Zusammenbaus leicht ausrichtbar sind.
Es ist ersichtlich, daß eine Anzahl der Befestigungsanordnungen 62 axial beabstandet gemäß den jeweiligen Erfordernissen entlang der Verkleidung 46 angebracht werden kann, um die Verkleidung an verschiedenen Punkten zu befestigen. Weiterhin können die Halterungsanordnungen 62 im Zusammenwirken mit anderen Halterungssystemen verwendet oder auch als einzige Halterungsart in Abhängigkeit von einem bestimmten
» Anwendungsfall verwendet werden. Weiterhin können Veränderungen in der Form der einzelnen Bauteile, beispielsweise der Stabilisatoren 64 vorgenommen werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 20 JO
1. Halterung für eine innere Kühlverkleidung des Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrenners, mit einer Vielzahl von in einer Querschnittsebene des Gehäuses angeordneten Stabilisatoren, deren bezüglich des Gehäuses radial innere Enden mit der Kühlverkleidung fest verbunden sind, und deren äußere Enden mit dem Gehäuse radial verschieblich derart verbunden sind, daß sich die Kühlverkleidung schneller ausdehnen kann als das Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß zur schwimmenden Verbindung der Stabilisatoren (64) mit dem Gehäuse (44) für jeden Stabilisator (64) eine Stabilisatorführung (74) vorgesehen ist, die an der Innenseite eines die Stabilisatorführungen (74) mit dem Gehäuse verbindenden, nicht ganz geschlossenen Ringbandes (80) angeordnet ist, und daß die Bewegungstoleranz zwischen Stabilisator (64). und Stabilisatorführung (74) so groß gewählt ist, daß das Ringband<i50), nachdem es mit den Stabilisatorführungen (74), den Stabilisatoren (64) und der Kühlverkleidung (46) verbunden ist, auf einen Durchmesser zusammendrückbar ist, der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses (44) ist.
2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisatofführung (74) und das Ringband (80) zur Durchführung von Bolzen (90) untereinander ausgerichtete Öffnungen (84, 86) enthalten, die mit Öffnungen (88) in dem Gehäuse (44) zusammenpassen.
3. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stöbilisate .■ (64) eine Fußplatte (66), welche mit der Küfclverkleidung (46) verbunden ist, eine Kopfplatte (68), die mi. ier Stabilisatorführung (74) im Eingriff ist, und einen Verbindungsteil (70) aufweist, welcher die Fußplatte (66) und die Kopfplatte (68) miteinander verbindet.
4. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisatorführung (74) im wesentlichen U-förmig ist und einen Mittelteil (75) und zwei die Kopfplatte (68) umgreifende Schenkel (76) aufweist, deren freie Enden von dem Mittelteil (75) radial derart beabstandet sind, daß dazwischen eine Relativbewegung der Kopfplatte (68) möglich ist.
DE2404040A 1973-02-01 1974-01-29 Halterung für eine innere Kühlverkleidung des Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks-Nachbrenners Expired DE2404040C2 (de)

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