DE2621913C2 - Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einem bekannten Gasturbinentriebwerk dieser Art (US-PS 38 60 358, US-PS 37 42 705) sind die Segmente des Ummantelungsringes unabhängig voneinander am Turbinengehäuse aufgehängt, damit im Betrieb keine starken Wärmespannungen entstehen können. Die Leitschaufelgruppen sind unabhängig voneinander und von dem Ummantelungsring ebenfalls an dem Turbinengehäuse aufgehängt, um Wärmespannungen im Betrieb zu vermeiden. Durch diese Bauweise des bekannten Gasturbinentriebwerks ergibt sich ein Umfangsspalt zwischen dem Ummantelungsring und dem Leitschaufelkranz. Die Segmente des Ummantelungsringes sind so aufgehängt, daß sie sich stromabwärts verschieben und an den Plattformen der Leitschaufelgruppen in Anlage kommen können, um den Umfangsspalt im Betrieb zu schließen und eine unerwünschte Leckage von heißen Arbeitsgasen oder Kühlluft zu verhindern. Trotz dieser besonderen Aufhängung der Segmente des Ummantelungsringes kann es aber zu unerwünschten Leckverlusten kommen weil aufgrund von Einbau- oder Bearbeitungsungenauigkeiten, z. B. in Form von unterschiedlichen Axialabmessungen der Plattformen der Leitschaufelgruppen, Teile des Umfangsspalts zwischen dem Ummantelungsring und den Leitschaufelgruppen offenbleiben können, wodurch dann die Leckverluste entstehen.

Weiter ist ein Gasturbinentriebwerk bekannt (DE-PS 8 16 625\ das ein inneres Gehäuse mit einem Statorring hat, der als Ummantelungsring für die Spitzen der Laufschaufeln dient und gleichzeitig die ohne Plattformen ausgebildeten Leitschaufeln trägt Der Ummantelungsring ist hier zwar ebenfalls in Umfangsrichtung in mehrere Segmente geteilt, da an ihm aber gleichzeitig die plattformlosen Leitschaufeln befestigt sind, stellt sich das Problem von Leckverlusten zwischen Leitschaufelplattformen und Ummantelungsringsegmenten nicht
Schließlich ist noch ein Gasturbinentriebwerk bekannt (US-PS 38 41 787), bei dem der Ummantelungsring ebenfalls in Segmente unterteilt ist Diese Segmente sind an bogenförmigen Trennsegmenten gehaltert Die Ummantelungsringsegmente sind zwar zu den Leitschaufelplattformen hin verstelltbar, jedoch nicht bis in Anlage an denselben. Die Ummantelungsringsegmente haben nämlich Ansätze, die in Anlage an den Trennsegmenten sind und verhindern, daß die Ummantelungsringsegmente in dichte Anlage an die stromabwärtigen Leitschaufelplattformen gelangen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß Leckverluste in dem Umfangsspalt zwischen den Leitschaufelgruppen und dem Ummantelungsring wesentlich verringert werden.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Gasturbinentriebwerk nach der Erfindung wird durcn die Umfangslänge und die Anordnung der Segmente des Ummantelungsringes in Umfangsrichtung sowie deren Ausbildung gewährleistet, daß jeder axiale Spalt zwischen zwei Leitschaufelgruppen immer auf einen axialen Spalt zwischen zwei benachbarten Segmenten des Ummantelungsringes ausgerichtet ist. Dadurch können sich sämtliche Segmente des Ummantelungsringes bündig an die Plattformen der Leitschaufelgruppen anlegen und auf diese Weise den Umfangsspalt zwischen dem Ummantelungsring und den Plattformen der Leitschaufelgruppen vollständig verschließen. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Herabsetzung von Leckverlusten über den Umfangsspalt zwischen den Leitschaufelgruppen und dem Ummantelungsring und dadurch eine bessere Ausnützung der Kühlluft, ein besserer Wirkungsgrad und eine größere Lebensdauer des Triebwerks.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Teils des Turbinenabschnitts eines Gasturbinentriebwerks,

so F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1 und

Fig.3 eine vergrößerte perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Ummantelungsringsegmenten und stromabwärts davon angeordneten Leitschaufelgruppen während des Betriebs des Gasturbinentriebwerks.

Ein Teil eines Gasturbinentriebwerkes mit einem Turbinenabschnitt 10 ist in Fig. 1 dargestellt. Der Turbinenabschnitt 10 hat einen ringförmigen Strömungsweg 12, der sich von der Brennkammer des Triebwerkes aus axial erstreckt. In dem Strömungsweg 12 sind Laufschaufeln 14, die Spitzen 16 haben, in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnet. Ein Ummantelungsring 18, der am Turbinengehäuse 20 in zwei Führungen 22 gehaltert ist, umgibt die Spitzen 16 der Laufschaufeln 14. Leitschaufeln 24 mit Plattformen 26 sind in Umfangsrichtung in dem Strömungsweg 12 axial stromabwärts hinter den Laufschaufeln 14 angeordnet und an dem Turbinengehäuse 20 befestigt. Eine ringförmige

Kammer 28 befindet sich als Kühlluftleitung zwischen den Leitschaufeln 24 und dem Ummantelungsring 18. Bohrungen 30 in dem Ummantelungsring 18 dienen zur Zuführung von Kühlluft aus einem Hohlraum 32 in die Kammer 28. Der Hohlraum 32 liegt radial außerhalb des Ummantelungsringes 18.

Gemäß F i g. 2 sind zur Bildung von Leitschaufelgruppen 34 mehrere Leitschaufeln 24 jeweils durch eine Plattform 26 miteinander verbunden. Der Ummantelungsring 18 für die Laufschaufelspitzen 16 besteht aus mehrere« einzelnen Segmenten 36. Jedes Segment 36 hat ein stromabwärtiges Ende 38, welches am stromaufwärtigen Ende 40 der Plattform 26 einer Leitschaufelgruppe 34 anliegt Ein Ausschnitt 42 verläuft radial durch jede stroraabwärtige Ecke jedes Segments 36 des Ummantelungsringes 18. Ein Spalt 44 zwischen den Plattformen 26 von zwei benachbarten Leitschaufelgruppen 34 ist im wesentlichen axial auf einen Spalt 46 zwischen zwei benachbarten Segmenten 36 des Ummantelungsringes 18 ausgerichtet

Während des Betriebes des Triebwerkes wird Brennstoff in verdichteter Luft in der Brennkammer verbrannt, und die Verbrennungsgase strömen als Arbeitsgase aus der Brennkammer in Axialrichtung durch den Strömungsweg 12 in den Turbinenabschnitt 10 des Triebwerkes. Die Laufschaufeln 14 entziehen den Arbeitsgasen kinetische Energie. Die Arbeitsgase, welche die Laufschaufeln 14 verlassen, werden durch die Leitschaufeln 24 wieder mit dem richtigen Drall in die folgende Laufschaufelstufe des Turbinenabschnitts 10 geleitet. Der Ummantelungsring 18 liegt radial außerhalb der Spitzen 16 der Laufschaufeln 14, um den Leckverlust an Arbeitsgasen möglichst klein zu halten. Kühlluft wird in den Hohlraum 32 zum Kühlen des Turbinengehäuses 20 und des Ummantelungsringes 18 geleitet um den Durchmesser des Ummantelungsringes etwa gleich dem Durchmesser der drehenden Laufschaufelspitzen 16 zu halten. Der Druck der Arbeitsgase ist am stromaufwärtigen Ende des Ummantelungsringes 18 größer als an dessen stromabwärtigen Ende. Dementsprechend werden die Segmente 36 des Ummantelungsringes 18 stromabwärts und gegen die stromaufwärtigen Enden 40 der Plattformen 26 der Leitschaufelgruppen 24 gedrückt. Die kleinstmögliche An?;ahl der Segmente 36 des Ummantelungsringes 18 ist durch die zu erwartenden Temperaturunterschiede festgelegt. Die Umfangslänge eines Segments 36 des Ummantelungsringes 18 ist derart zu wählen, daß die Segmente 36 sich in den Führungen 22 bei starken Temperaturunterschieden nicht festsetzen können. Die tatsächlich verwendete Anzahl der Segmente 36 des Ummantelungsringes 18 wird dem entsprechend von der kleinstmöglichsten Anzahl bis auf eine Anzahl gesteigert, welche ein ganzzahliges Verhältnis zu der Anzahl der stromabwärts davon angeordneten Leitschaufelgruppen 34 bildet. In einem beschrie· benen Ausführungsbeispiel hat der Ummantelungsring 18 vierzig Segmente 36, und es sind zwanzig Leitschaufelgruppen 34 mit jeweils zwei Leitschaufeln 24 vorgesehen, wobei also das Verhältnis zwischen der Anzahl der Segmente 36 des Ummantelungsringes 18 und der Anzahl der Leitschaufelgruppen 34 gleich 2 ist. An einer weiter stromabwärtsliegenden Stufe des gleichen Triebwerkes hat der Ummantelungsring 18 zweiunddieißig Segmente 36 und es sind zweiunddreißig Leitschaufeln ^4 mit jeweils drei Leitschaufein 24 vorgesehen, so daß to das genannte Verhältnis dabei gleich 1 ist. Gemäß den F 1 g. 2 und 3 sind die Segmente 3:6 des Ummantelungs-■Ί η ρ es 18 und die Lcitschaufelgruppen 34 in Umfangsrichtung um den Strömungsweg 12 angeordnet und jeder Spalt 44 zwischen den Leitschaufelgruppen ist axial auf einen Spalt 46 zwischen benachbarten Segmenten 36 des Ummantelungsringes 18 ausgerichtet Da die Anzahl der Segmente 36 des Ummantelungsringes 18 ein gannzzahliges Vielfaches der Anzahl der Leitschaufelgruppen 34 ist ist jeder weitere Spalt 44 ebenfalls auf einen Spalt 46 ausgerichtet Dadurch wird der Leckverlust zwischen dem Ummantelungsring 18 und den Leitschaufelgruppen 34 herabgesetzt da jedes Segment 36 des Ummantelungsringes gleichzeitig nur an einer stromabwärts davon angeordneten Leitschaufelgruppe 34 in Linienberührung an dem vorderen Ende 40 von deren Plattform 26 anliegt Die heißen Arbeitsgase strömen axial durch jeden Spalt 46 zwischen den Segmenten 36 des Ummantelungsringes 18 von einer Stelle verhältnismäßig hohen Druckes am stromaufwärtigen Ende des Ummantelungsringes zu einer Stelle verhältnismäßig niedrigen Druckes am stromabwärtigen Ende des Ummantelungsringes, wie es in F i g. 3 in Perspektive dargestellt ist. Die durch den Spalt 46 strömenden heißen Arbeitsgase treffen auf das stromaufwärtige Ende 40 der Plattform 26 der benachbarten Leitschaufelgruppe 34 auf und könnten dort eine örtliche heiße Stelle verursachen, an welcher die Leitschaufelgruppe 34 schneller beschädigt würde. Die radial verlaufenden Ausschnitte 42 an den stromabwärtigen Ecken eines jeden Segments 36 des Ummantelungsringes 18 sind aber in Strömungsverbindung mit der Kammer 28. Kühlluft strömt durch die Ausschnitte 42 zum Kühlen der stromaufwärtigen Enden 40 der Plattformen 26 der Leitschaufelgruppen 24 in dem Bereich der Spalte 46. Dadurch werden die örtlichen, heißen Stellen in dem Werkstoff der Leitschaufelgruppen 34 vermieden. Die radial verlaufenden Ausschnitte 42 verringern desweiteren die Gefahr einer schlechten Ausrichtung zwischen den Segmenten 36 des Ummantelungsringes 18 und den Leitschaufelgruppen 34, so daß jedes Segment 36 des Ummantelungsringes 18 nur an einer einzigen Leitschaufelplattform 26 in Anlage kommen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Ummantelungsring für die Spitzen der Laufschaufeln, der mehrere Segmente aufweist, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten ein Spalt vorhanden ist, und mit mehreren Leitschaufelplattformen, die jeweils eine Gruppe von Leitschaufeln tragen und stromabwärts des Ummantelungsringes angeordnet sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Leitschaufelplattformen ebenfalls ein Spalt vorhanden ist und wobei die Segmente des Ummantelungsringes zu den Leitschaufelplattformen hin bis in Anlage an denselben axial verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (36) des Ummantelungsringes (J8) eine dtrartige Umfangslänge habei. und in Umfangsrichtung in bezug auf die Leitschaufelplattformen (26) derart angeordnet sind, daß sich jedes Segment nur an jeweils einer Leitschaufelplattform anlegen kann, und jeder Spalt (44) zwischen zwei Leitschaufelplattformen (26) auf einen Spalt (46) zwischen zwei benachbarten Segmenten (36) des Ummantelungsringes (18) ausgerichtet ist, und daß jedes Segment (36) des Ummantelungsringes (18) an jeder Ecke seines stromabwärtigen Endes einen Ausschnitt (42) aufweist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (42) an den stromabwärtigen Ecken der Segmente (36) des Ummantelungsringes (18) mit einer Kühlluftleitung (28,32) in Verbindung sind.