DE2741063A1

DE2741063A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2741063A1
Application number: DE19772741063
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Weiler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1979-03-22
Also published as: FR2402771A1; GB2004329B; DE2741063C2; FR2402771B3; GB2004329A; US4264272A

Description

Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit einem Radialverdichter und einem diesem nachgeschalteten Radialdiffusor, aus dem die Verdichterluftströmung über einen im wesentlichen um 90° abgewinkelten Krümmer in axialer Richtung abgelenkt und in einem vor der Brennkammer angeordneten Axialleitgitter weiter verzögert wird, wobei unmittelbar hinter dem Radialverdichter ein Hauptlager des Gasgenerators angeordnet ist, dessen Lagerversorgung von außen durch die Beschaufelung des Axialleitgitters hindurch erfolgt.

Hochbelastete Radialverdichter, insbesondere Radialverdichter von Gasturbinentriebwerken, sind überlichweise mit zwei Leitvorrichtungen ausgestattet, die einen möglichst großen Anteil des dynamischen Druckes hinter dem Laufrad durch Verzögerung der Strömung in statischen Druck umsetzen sollen. Nach einem

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ersten, radial durchströmten Gitter, das häufig mit keilförmigen Schaufeln ausgerüstet ist, wird insbesondere bei Gasturbinen die Strömung um 90° umgelenkt und dann in einem zweiten, axial durchströmten Gitter weiter verzögert. Die Profilierung dieses zweiten Leitgitters entspricht etwa der Profilierung eines Austrittsleitgitters bei hochbelasteten AxialVerdichtern.

Ist es aufgrund der Maschinenkonzeption notwendig, ein Hauptlager unmittelbar hinter dem Radialverdichter anzuordnen was häufig aus Wirkungsgrad- und Betriebsverhaltensgründen wünschenswert ist -, so müssen sämtliche Versorgungsleitungen für das Lager (Frischöl, Rücköl, Sperrluft und gegebenenfalls die Lagerkammerentlüftung) durch den Strömungskanal geführt werden. Hierbei ist es im allgemeinen nicht möglich, diese Versorgungsleitungen durch den radial durchströmten Teil des Leitapparates mit seinen dünnen, keilförmigen Schaufeln zu führen. Eine Versorgung des Lagers über frei verlegte Leitungen, die hinter dem axialen Leitgitter den StrÖmungskanal durchdringen, bewirken Strömungsungleichförmigkeiten, die im allgemeinen sehr nachteilig für die hinter dem Verdichter angeordneten Baugruppen, z.B. die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, sind. Eine Versorgung des Lagers durch die Schaufeln des axialen Teils der Leitvorrichtung bedingt im allgemeinen ein Abweichen von der Idealform der Gitterprofile. Erschwerend kommt

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hinzu, daß immer eine Gruppe von Schaufeln für eine Funktion, z. B, für den ölablauf, benötigt werden, weil pro Gitterprofil nur wenig freier Querschnitt bereitgestellt werden kann. Gleichzeitig ist ein ungünstiges Verhältnis von Umfang zu Querschnittsfläche der Teilkanäle gegeben, was insbesondere für die ölkanäle von großem Nachteil ist (hoher Wärmeübergang, ölaufheizung). Das heißt aber, daß ein großer Aufwand für die Aufteilung der einzelnen Ströme in Teilströme getrieben werden muß; das anschließende Wiederzusammenführen der Teilströme in die jeweiligen Hauptströme erfordert nochmals einen vergleichbar großen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk nach der eingangs genannten Gattung gegenüber Bekanntem so zu verbessern, daß unter Gewährleistung einwandfreier aerodynamischer Bedingungen für das erwähnte Axialleitgitter eine optimale Versorgung des hinter dem Radialverdichter liegenden Hauptlagers möglich ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Axialleitgitter in Schaufelgruppen aufzuteilen, die jeweils aus einer Anzahl verhältnismäßig kleiner Leitschaufeln sowie einer verhältnismäßig großen Leitschaufel bestehen, und hierbei die kleinen Leitschaufeln ausschließlich nach den Gesichtspunkten der Strömungsmechanik gestaltet sind, während die große Leitschaufel einer Schaufelgruppe für die

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Lagerversorgung als Hohlschaufel ausgebildet ist und gegenüber den kleinen Leitschaufeln mit einem deutlich längeren Schaufelprofil sowie einer wesentlich größeren absoluten Profildicke versehen ist, wobei die Strömungskanäle zwischen den kleinen Leitschaufeln einerseits sowie zwischen je einer kleinen und einer großen Leitschaufel andererseits im wesentlichen identische, geometrische Abmessungen aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die großen und kleinen Leitschaufeln innerhalb des Gitterverbandes so angeordnet sein, daß die halbe relative Profillänge sämtlicher Leitschaufeln etwa in einer Ebene liegt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sollen die Leitschaufeln des Axialleitgitters mit einer doppelwandigen, vorzugsweise als Gußstück gefertigten und als Lagerträger des Hauptlagers dienenden Schale verschweißt oder verlötet sein, und zwar so, daß jeweils eine große Leitschaufel einer Schaufelgruppe genau über einem als Versorgungskanal ausgebildeten Abschnitt der Lagerschale liegt.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 einen Längsschnitt oberhalb der horizontalen Längsmittelebene liegender Baugruppen eines Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 einen Längsschnitt unterhalb der horizontalen Längsmittelebene liegender Baugruppen des Gaturbinentriebwerks nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine in der Zeichenebene projizierte

Ansicht einer Schaufelgruppe des zwischen Radialdiffusor und Brennkammer liegenden Axialleitgitters.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Gasgenerator des Gasturbinentrieb-.werks einen Radialverdichter 1 mit einem diesem nachgeschalteten Radialdiffusor 2, aus dem die Verdichterluftströmung über einen um 90° abgewinkelten Krümmer 3 in axialer Richtung abgelenkt und einem sich an den Krümmer anschließenden Axialleitgitter 4 zugeführt wird.

Das Axialleitgitter 4 mündet austrittsseitig in einen zwischen äußeren Gehäusebauteilen 5,6 und 7 sowie dem Flammrohr 8 einer Umkehrungsbrennkaiamer 9 liegenden Ringkanal 10, über welchen die Brennkammer mit Verbrennungs-, Misch- sowie Kühlluft versorgbar ist.

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Die Leit- und Laufschaufel einer Antriebsturbine 11 des Radialverdichters 1 sind mit 12, 13 bzw. 14, 15 bezeichnet.

Der Radialverdichter 1 und die Verdichterantriebsturbine sitzen auf der gemeinsamen Gasgeneratorwelle 16, wobei das verdichterseitige Hauptlager der Gasgeneratorwelle 16 mit 17 bezeichnet ist.

Wie weiter aus Fig. 1 entnehmbar, sind die äußere und innere Lagerkammer 18, 19 des Hauptlagers 17 einschließlich zugehöriger Dichtungsträger 20, 21 gegenüber der Gasgeneratorwelle 16 von einer doppelwandigen Lagerschale 22, 22' gebildet, die somit als Lagerträger des Hauptlagers 17 dient. Diese Lagerschale 22, 22' - siehe auch Fig. 2 - ist koaxial zur Triebwerkslängsachse 23 angeordnet, ferner als gegen Axialkräfte steife Kastenkonstruktion ausgebildet und weiter auf der dem Radialverdichter 1 zugeordneten Seite mit zur Lagerversorgung dienenden Versorgungskanälen 24 versehen (Fig. 2). Die Versorgungskanäle 24 können - von der Längsmittelachse ausgehend - stern- bzw. strahlenförmig nach außen gerichtet verlaufen und vorzugsweise gleichförmig untereinander beabstandet angeordnet sein, und zwar für folgende beispielhafte Zwecke: Lagerkainmerentlüftung, Frischölzufluß, Rückölabfluß.

Die Versorgungskanäle 24 können durch Rippen 25 (Fig. 1) gebildet werden, die mit einem der beiden Schalenteile 22

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bzw. 22' verbunden sind und hierbei gleichzeitig die axiale Beabstandung der Schalenteile 22, 22' zueinander besorgen.

Unter Bezug auf die angegebene spezielle Bauweise des Gasturbinentriebwerks soll die Versorgung des Hauptlagers 17 von außen durch die Beschaufelung des Axialleitgitters 4 hindurch erfolgen. Hierzu ist das Axialleitgitter 4 in Schaufelgruppen aufgeteilt, die jeweils aus einer Anzahl verhältnismäßig kleiner Leitschaufeln 26 sowie einer verhältnismäßig großen Leitschaufel 27 bestehen. Hierbei sollen die kleinen Leitschaufeln 26 ausschließlich nach den Gesichtspunkten der Strömungsmechanik gestaltet sein, während die große Leitschaufel 27 einer Schaufelgruppe für die Lagerversorgung als Hohlschaufel ausgebildet und gegenüber den kleinen Leitschaufeln 26 mit einem deutlich längeren Schaufelprofil sowie einer wesentlich größeren absoluten Profildicke versehen sein soll. Weiter sollen bei dieser angegebenen Lösung die Strömungskanäle zwischen den kleinen Leitschaufeln 26 einerseits sowie zwischen je einer kleinen und einer großen Leitschaufel 27 andererseits im wesentlichen identische, geometrische Abmessungen aufweisen.

Insbesondere im Interesse aerodynamisch günstiger Verhältnisse sollen bei einer derartigen Schaufelgruppe die großen 27 und kleinen Leitschaufeln 2 6 innerhalb des Gitterverbandes so angeordnet sein, daß die halbe relative Profillänge sämtlicher Leitschaufeln 26, 27 etwa in einer Ebene liegt.

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Wie aus Fig. 3 ferner entnehmbar, sind die kleinen Leitschaufeln 26 und die großen Leitschaufeln 27 jeweils auf deren Druckseite einerseits sowie auf deren Saugseite andererseits mit untereinander gleichen Krümmungsradien ausgestattet, was für sämtliche entsprechenden axialen Ebenen gelten soll.

Vorteilhaft können die großen und kleinen Leitschaufeln weiter als Präzxsionsgußteile ausgebildet sein.

Die kleinen Leitschaufeln 26 können zweckmäßig als sogenannte "DCA- oder "NACA-Profile" mit kleinem Dickenverhältnis gestaltet sein, wobei unter einem sogenannten "DCA-Profil" ein "Double-Circular-Arc-Profil", also ein Doppelkreisbogenprofil für subsonische oder transsonische Strömungen zu verstehen ist; unter einem sogenannten "NACA-Profil" versteht man von der NACA entwickelte Profilreihen, meist für subsonische Strömungen.

Es sei weiter vermerkt, daß die zu den jeweiligen Schaufelgruppen gehörigen Leitschaufeln 26, 27 des Axialleitgitters 4 mit den Teilen 22, 22* der Lagerschale verlötet oder verschweißt werden können, wodurch gleichzeitig die beiden Teile 22, 22' der Lagerschale unlösbar miteinander verbunden sind.

Sofern nicht besondere Gesichtspunkte, wie z.B. extremer Leichtbau, im Vordergrund stehen, können die beiden Teile 22,

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22' der Lagerschale als Gußteile gestaltet sein, bei denen die Versorgungsleitungen 2 4 in die Gußteile integriert sind, also z.B. in Form eingegossener Leitungen.

In den Zeichnungen nicht weiter dargestellt, kann dem Radialverdichter nach Fig. 1 und 2 gegebenenfalls ein mehrstufiger Axialverdichter vorgeschaltet sein, der von einer der Verdichterantriebsturbine 11 nachgeschalteten, mechanisch unabhängigen Nutzturbine antreibbar ist, wobei die Welle der Nutzturbine zum Antrieb des Axialverdichters durch eine als Hohlwelle augebildete Gasgeneratorwelle hindurchgeführt werden könnte.

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Leerseite

Claims

MOTOREN-UND TUR3V-NEM -UNION München, den 1. September 1977 Patentansprüche

1.) Gasturbinentriebwerk mit einem Radialverdichter und einem diesem nachgeschalteten Radialdiffusor, aus dem die Verdichterluftströmung über einen im wesentlichen um 90° abgewinkelten Krümmer in axialer Richtung abgelenkt und in einem vor der Brennkammer angeordneten Axialleitgitter weiter verzögert wird, wobei unmittelbar hinter dem Radialverdichter ein Hauptlager des Gasgenerators angeordnet ist, dessen Lagerversorgung von außen durch die Beschaufelung des Axialleitgitters hindurch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialleitgitter (4) in Schaufelgruppen aufgeteilt ist, die jeweils aus einer Anzahl verhältnismäßig kleiner Leitschaufeln (26) sowie einer verhältnismäßig großen Leitschaufel (27) bestehen, und hierbei die kleinen Leitschaufeln ausschließlich nach den Gesichtspunkten der Strömungsmechanik gestaltet sind, während die große Leitschaufel einer Schaufel-

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gruppe für die Lagerversorgung als Hohlschaufel ausgebildet ist und gegenüber den kleinen Leitschaufeln mit einem deutlich längeren Schaufelprofil sowie einer wesentlich größeren absoluten Profildicke versehen ist, wobei die Strömungskanäle zwischen den kleinen Leitschaufeln einerseits sowie zwischen je einer kleinen und einer großen Leitschaufel andererseits im wesentlichen identische, geometrische Abmessungen aufweisen.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großen (27) und die kleinen Leitschaufeln (26) innerhalb des Gitterverbandes so angeordnet sind, daß die halbe relative Profillänge sämtlicher Leitschaufeln etwa in einer Ebene liegt.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (26, 27) des Axialleitgitters (4) mit einer doppelwandigen, vorzugsweise als Gußstück gefertigten und als Lagerträger des Hauptlagers (17) dienenden Schale (22, 22') verschweißt oder verlötet sind, und zwar so, daß jeweils eine große Leitschaufel (27) einer Schaufelgruppe genau über einem als Versorgungskanal (24) ausgebildeten Abschnitt der Lagerschale liegt.

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