DE2833220A1

DE2833220A1 - Vorrichtung zur kuehlung von gasturbinen

Info

Publication number: DE2833220A1
Application number: DE19782833220
Authority: DE
Inventors: Michel Robert Ayache; Jean-Claude Delonge; Daniel Jean Marey
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1979-03-01
Also published as: GB2003230A; FR2401320B1; DE2833220C2; US4231704A; GB2003230B; FR2401320A1

Description

SOCIETi] NATIONALE D¹ETUDE ET DE
CONSTRUCTION DE MOTEURS D¹AVIATIOW
(S.N.E.C.H.A.)
2, Boulevard Victor
F 75015 Paris / Frankreich

Vorrichtung zur Kühlung von Gasturbinen.

Die Erfindung betrifft die Kühlung von Scheiben und/oder Turbinenschaufeln von Gasturbinen mit axialem Abgasstrom und insbesondere für Turboluftstrahl-Triebwerke für Luftfahrzeuge.

Es ist bekannt, Luft in Kanälen umlaufen zu lassen, die in der oder in den Scheiben und Schaufeln einer solchen Turbine vorgesehen sind, um sie zu kühlen. Vor allem in der französischen Patentschrift 2 062 769 ist ein System von Leitungen beschrieben, das eine ringförmige Leitung längs der Welle der Turbine aufweist, durch welche bis zu diesen Kanälen die Kühlluft weitergeleitet werden kann, die an der Stelle der Brennkammer Zutritt erhält. Die Luft, die einem Verdichter entnommen werden kann, wird zur Ringleitung durch ein oder mehrere Rohre geleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, am Verdichter die Entnahme einer Luftmenge mit einem Druck und einer Temperatur zu ermöglichen, die eine wirksame Kühlung der Turbine zulassen. Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Entnahme von Kühlluft

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an einer gewählten Stufe des Verdichters sicherzustellen und diese Luft derart weiterzuleiten, daß sie bis zu einer Leitung beschleunigt wird, die sich längs der Welle der Turbine erstreckt. Desgleichen gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Entnahmevorrichtung zu entwickeln, die einen Teil des Verdichters bildet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt zu diesem Zweck ein Rad, das zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben des Verdichters angeordnet ist, an seinem Aussenumfang an diesen beiden Scheiben so befestigt ist, daß es zwischen diesen eine Verstrebung bildet und mit einer zentripetalen Beschaufelung versehen ist, die an ihrem Aussenumfang in den Fluidstrom des Verdichters mündet und an ihrem Innenumfang in einen die Achse des Verdichters umgebenden Raum.

Dieser Raum steht mit den Kanälen in Verbindung, welche die zu kühlenden Turbinenschaufeln durchqueren und unter einem weit niedrigeren Druck stehen als der Fluidstrom des Verdichters. Die Beschaufelung des Rades entnimmt daher Luft aus diesem Fluidstrom und leitet sie in den die Achse umgebenden Raum ab, aus welchem sie bis zu den erwähnten Kanälen weitergeleitet wird. Infolge des Umstandes, daß die Beschaufelung zentripetal ist, begrenzt sie konvergierende Leitungen, in welchen die aus dem Fluidstrom entnommene Luft beschleunigt wird, bevor sie in den die Welle umgebenden Raum abgeleitet wird.

Bei einer Ausfuhrungsform wird die Beschaufelung durch radial gerichtete Schaufeln gebildet, wobei der Druckunterschied zwischen dem Fluidstrom des Verdichters und dem die Welle umgebenden Raum ausreichend ist, um ein zentripetales Austreten der Luft trotz der Wirkung der

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Fliehkräfte sicherzustellen, die auf diese durch die Drehung des Rotors des Verdichters ausgeübt werden.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht teilweise im axialen Schnitt eines Teils eines Verdichters, der mit einem erfindungsgemäßen Luftentnahmerad versehen ist;

Fig. 2 eine Teilansicht in schaubildlicher Darstellung des Luftentnahmerades nach Fig. 1.

Der Axialverdichter, von dem ein Teil in Fig. 1 dargestellt ist, bildet einen Teil eines Turboluftstrahl-Triebwerks für Luftfahrzeuge, das ferner einen Lufteintrittskanal, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Schubdüse (nicht dargestellt) besitzt. Fig. 1 zeigt zwei benachbarte Scheiben 1, 2 des Verdichters und einen Teil der Welle 3, die diesen zur Drehung antreibt und selbst mit einer Turbinenscheibe (nicht dargestellt) gekuppelt ist. Die Luft, die in an sich bekannter Weise durch den Lufteintrittskanal Zutritt erhält, wird durch den Verdichter in die Brennkammer gefördert und ein in diese Kammer gespritzter Brennstoff erzeugt einen heissen Gasstrom, welcher die Turbine in Bewegung setzt und in die Düse abgeleitet wird, wobei ein Treibstrahl erzeugt wird.

Die Verdichterscheiben 1, 2 erweitern sich zu ihrem inneren Ende, um Innenkränze zu bilden, und tragen an ihrem äusseren Ende Schaufeln 4, 5, die zu beiden Seiten eines Kranzes fester Schaufeln 6 umlaufen, welche vom Stator

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des Verdichters getragen werden, um den Luftstrom zu verdichten, der durch den Pfeil 8 schematisch dargestellt ist. Das mit 9 bezeichnete erfindungsgemäße Rad dient dazu, Luft dem Strom δ zu entnehmen, diese zu beschleunigen und in den Raum 10 austreten zu lassen, der die Achse 11 des Verdichters umgibt, aus dem er durch an sich bekannte, nicht dargestellte Mittel bis zum Einlaß von Kanälen weitergeleitet wird, die durch die Turbinenscheibe und die Schaufeln dieser Turbinenscheibe hindurchgeführt sind, um diese zu kühlen.

Das Rad 9 weist einen Innenkranz 12 auf, der durch einen scheibenförmigen Teil 13 mit einem Aussenkranz 14 von ausgeschweifter Form (Fig. 2) verbunden ist, welcher vierundzwanzig erweiterte Teile von regelmässigen Winkelabständen 14a aufweist, welche durch schmälere Teile 14b getrennt sind. Die erweiterten Teile 14a sind je von einer Bohrung 15 durchsetzt, durch -welche ein Bolzen 16 hindurchgeführt ist, der dazu dient, das Rad 9 zwischen den beiden Scheiben 1 und 2 zu befestigen, indem diese zu beiden Seiten der erweiterten Teile 14a des Kranzes 14 zusammengespannt werden, welcher daher eine Verstrebung/zwischen den beiden Scheiben bildet. Von jedem dieser erweiterten Teile 14a gehen Schaufeln 17, 18 aus, die nach innen gerichtet sind und sich in einer axialen Ebene zu beiden Seiten des scheibenförmigen Teils 13 befinden.

Der Innenkranz 12 des Rades 9 ist schmäler als der Zwischenraum zwischen den Innenkränzen la, 2a der Verdichterscheiben 1, 2, so daß zwei Zwischenräume 19, 20 zu beiden Seiten des Kranzes 12 vorhanden sind. Die äusseren Ränder 17a, 18a der Schaufeln 17, 18 folgen der Kontur der Verdichterscheiben 1, 2 und erstrecken sich in der Richtung der Achse 11 bis in die Zwischenräume 19, 20. Die Schaufeln 17,

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begrenzen daher zu beiden Seiten der Kränze 12, 14 und der Scheibe 13 des Rades 9 eine Vielzahl von Kanälen, die mit dem Fluidstrom 8 durch öffnungen 21, 22 in Verbindung stehen, die zu beiden Seiten der schmalen Teile 14b des Aussenkranzes 14, zwischen diesen und den Scheiben 1,-2 und durch die Zwischenräume 19, 20 ausgeformt sind, wobei der Raum 10 die Achse 11 des Verdichters umgibt. Diese Kanäle konvergieren von ihrem Einlaß 21 bzw. 22 zu ihrem Auslaß 19 bzw. 20 einerseits infolge der Form des Rades 9 und der Scheiben 1, 2 im axialen Schnitt (Fig. 1) und andererseits, weil die Schaufeln 17, 18, die radial angeordnet sind, sich einander vom Einlaß zum Auslaß nähern.

Da der Raum 10 mit nicht dargestellten Kanälen verbunden ist, welche durch die Scheibe und die Turbinenschaufeln hindurchgeführt sind, herrscht in diesem ein Druck, der viel niedriger als derjenige des Fluidstroms 8 des Verdichters ist. Luft wird daher aus diesem Fluidstrom durch die öffnungen 21, 22 hindurch entnommen, in den zwischen den Schaufeln 17, 18 gebildeten konvergierenden Leitungen beschleunigt und bei 19, 20 in den Raum 10 abgeleitet.

Hierbei ist zu erwähnen, daß im Falle eines mehrstufigen Verdichters die erfindungsgemäße Vorrichtung es ermöglicht, die Verdxchtungsstufe zu wählen, in welcher die Kühlluft entnommen wird, damit die Druckhöhe der Luft ausreicht, den Umlauf dieser Luft bis zur Turbine sicherzustellen.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beispielsweise dargestellte Ausfuhrungsform beschränkt und kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Im besonderen können die Schaufeln 17, 18 statt radial geneigt angeordnet vorgesehen werden. Vor allem können sie

so geneigt sein, daß ihre Eintrittskante vor ihrer Austrittskante, in der Drehrichtung des Verdichters_f liegt, um die Luft aus dem Strom nach Art einer Schöpfkelle zu entnehmen.

entanwalt

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Le e rs e i t e

Claims

fly Vorrichtung zur Entnahme aus dem Fluidstrom eines Axialverdichters eines Gasturbinenaggregats von Luft, die zur Weiterleitung längs der Achse des Aggregats bis zur Turbine bestimmt ist, um diese zu kühlen, mit einer . zentripetalen Beschaufelung, die durch zwischen zwei Rotorscheiben benachbart dem Verdichter radial angeordnete Schaufeln gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Schaufeln (17, 18) durch ein Rad (9) gebildet werden, das zwischen den erwähnten Scheiben (1 und 2) angeordnet ist und eine Verstrebung zwischen diesen bildet, welche Schaufeln zu beiden Seiten eines scheibenförmigen Teils (13) des Rades angeordnet sind*
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte scheibenförmige Teil an einem Aussenkranz (14) von ausgeschweifter Form anschließt, der erweiterte Teile (14a) in regelmässigen Winkelabständen aufweist, die voneinander durch schmälere Teile (40b) getrennt sind, welche mit den benachbarten Verdichterscheiben (1, 2) Lufteintrittsöffnungen (21, 22) in die zwischen den Schaufeln (17, 18) geformten zentripetalen Leitungen begrenzen.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verdienterschaiben (1, 2) eine Verdickung an sainer Innenkante bildet und der scheibenförmige Teil des Rades an einen Innenkranz anschließt, der viel schmäler als das Intervall zwischen den erwähnten Verdickungen ist.

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