DE2834822C2

DE2834822C2 - Einrichtung zur Verdichterluftentnahme bei Gasturbinentriebwerken

Info

Publication number: DE2834822C2
Application number: DE19782834822
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8060 Dachau Weiler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1981-09-17
Also published as: FR2433106B3; FR2433106A1; GB2027811A; GB2027811B; DE2834822A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verdichterluftentnahme bei Gasturbinentriebwerken, die mit mindestens einem axial durchströmten Verdichterleitgitter ausgerüstet sind, welches nur im Verdichteraußengehäuse gelagerte, verstellbare Leitschaufeln aufweist, die einschließlich ihrer Drehteller und Drehzapfen a.s untereinander kommunizierende Hohlkörper ausgebildet sind.

Es ist bereits bekannt, bei Gasturbinentriebweiken Luft aus dem mit Verstelleiigitter-! ausgestatteten Bereich des Verdichters an den radial außenliegenden Zonen des Strömungskanals über Bohrungen in der Außengehäusewand zu entnehmen, die über einen Sammelraum mit einer Verbraucherleitung in Verbindung steht. Eine derartige Luftentnahme hat neben dem Vorteil der Einfachheit den eindeutigen Nachteil, daß durch den Zentrifugationseffekt der vor der Entnahme-Stelle liegenden Laufräder die F remdkörperkonzentration (Staub. Sand, Wasser. Hagel und dergleichen) in den äußeren Stromröhren erhöht ist — was verbraucherseilig zu Störungen führen kann — und daß ferner durch die Entnahme von Luft am Außenrand des .Strömungskanals die Nabengren/schicht mit ihrem hohen l.influß auf Wirkungsgrad und Betriebsverhaltci des Verdichters weder beeinflußt noch beseitigt werden kann

Bei der eingangs genannten (>,utung /iigrundegeleg ten und aus der IiF-OS 2114 h2b bekannten einrichtung weisen die hinsichtlich ihrer I angenerstrei kung etwa auf die radialen Abmessungen des aul.itrc-n rin^formi gen Nebensiromkanals eines Mehrkreisstrahltrieb Werks abgestimmten und den (leblaselan'si häufeln am F.intrilt des \iedeniriK kverdkhieis unmittelbar vorge Jchallelen. vorstellb.iren Sihaiikln an deren Austritts kanten I Im hili in kliiftausbl.ise· >fliiun»jen /um eilen h lerten Anlasst ί des [ ι lebvverki '· aiii Di-si bekannte einrichtung vermittelt mjmiU Keineiiei Anlegung fur diu Schaffung einer aerodynamisch möglichst störungsfreien Luftentnahme aus einem Axialverdichter unter spezieller Berücksichtigung einer weitestgehend von Fremdkörpern freien Entnahmeliift.

Eine andere bekannte Lösung (US-PS 27 20 356) befaßt sich zwar schott mit einer für diverse Bedarfszwecke vorgesehenen Luftentnahme aus dem Verdichter eines Gasturbinentriebwerkes und damit gleichzeitig einhergehender Forderung nach Optimierung der Strömungsverhältnisse im Verdichter, indem die sich ausbildende Grenzschicht anhand einer porösen Wandstruktur der im Betrieb nicht verstellbaren, hohlen Leitschaufeln oder gar über die betreffenden Laufschaufeln abgesaugt werden soll. Infolge u. a. mehrfacher Umlenkung und des Durchströmens von zahlreichen Engstellen ist diese bekannte Art der Grenzsrhichtabsaugung bzw. der Entnahmeluftlührung nicht nur energetisch verhältnismäßig aufwendig, sondern auch hinsichtlich der zu erwartenden Verschmutzung (z. B. Sand oder Staub) der Entnahmeluft nicht gerade vorteilhaft.

Im Hinblick auf die bei neuzeitlichen Gasturbinenverdichtern geforderten verhältnismäßig dünnen Schaufelprofile dürfte anhand der im vorliegenden bekannten Fall zugrundegelegten Eintnahmemittel ferner nur eine im Verhältnis mengenmäßig äußerst begrenzte Luftentnähme möglich sein.

Im übrigen sind im vorliegenden bekannten Fall keine innennnglosen Verstelleitgitter vorgesehen; eine Beeinflussung der Nabengrenzschicht im Bereich der Leitgitter ist im vorliegenden bekannten Fall weder

2Ί vorgesehen noch möglich.

Bei einem aus der DE-AS 16 26 114 bekannten Gasturbinenstrahltriebwerk soll das ringförmige Flammrohr der Verbrennungseinrichtung stromaufwärtig der Brennstoffeinspritzdüsen durch mehrere im

in Winkelabstand radial angeordnete Hohlstreben gehalten sein, die mit ihren jeweils inneren Enden bis nahe an die Innenwand des Kompressorauslaßkanals reichen sollen, und die mit ihren jeweils äußeren Enden in eine äußere Ringkammer reichen sollen, um möglichst

ü staubfreie Luft aus dem radial inneren Teil des Strömungskanals zu einem Verbraucher führen /u können.

Bei diesem bekannten GasturbinenstrahltriebwerK ist es weder möglich, noch vorgesehen, einer Optimierung

4!) des Betriebsverhaltens des Verdichten anhand einer verdichternabenseitigen Grenzschichtbeeinflussung in irgendeiner Form Rechnung tragen zu können. Sowohl die Luftentnahme über die zu vorliegenden bekannten Gasturbinenstrahltriebwerk schon erwähnten Hohlstre-

Ji ben als auch die luftentnahme über weitere, den Hohlstreben vorgeschaltete Auslaßleitschaufeln findet in Regionen statt, die im Hinblick auf eine gleichzeitige Optimierung der nabenseitigen Stromungsverhaltmsse im Verdichter ohne F.influß ist. Dies gilt insbesondere

■i> fur die das Flammrohr kopfseitig durchragenden Hohlstreben, dies gilt aber auch fur die Auslaßleitsehaii fein, slromabwartig derselben Öffnungen in der orts.'esten inneren Verdichterkanal· bzw Brennkammer auHengeh.iiisewand angeordnet sind, die über einen

.. inneren (lehaiiseringraum mit dem beireffenden Sehau felhnhlrau'iM π der AnslaUleiisi häufeln h/u. Hohlstre ben im V ei *>i..Λ\ιπ ^ stehen

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wi I ι 11 ι r \a imI beim \ ι irlie^enden bekannten C iasUirbi nunsli aiiiii IcLfWuI k kein Verdichter nut inncMringlos.cn Lcitgillcrn bzw. innenringlosen Verstcllgittcrn behandelt. Diese Entgegenhaltung offenbart keinerlei Lösungsansatz. wie bei einem derartig ausgestatteten

h'i Verdichter zu verfahren sväre. um gleichzeitig mit der Luftentnahme dem Problem der Nabengrcnzschichi, bzw. dem Problem der Strömungsablösung an der im Betrieb rotierenden Verdichicrnabe zu begegnen.

Letzteres gilt sinngemäß auch in Verbindung mit einer aus der DE-PS 10 33 677 bekannten Verstelleitschaufelkonfiguration für Verdichter bzw. Turbinen von Gasturbinentriebwerken, wonach es lediglich für sich bekannt ist, innenringlose verstellbare Leitschaufeln im betreffenden Verdichter- bzw. Turbinenaußengehäuse verschwenkbar zu lagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einen mit mindestens einem axial durchströmten Verstellgitter ausgerüsteten Verdichter eines Gasturbinenirieb-Werkes — insbesondere mit Rücksicht auf den im Betrieb von der Verdichternabe ausgehenden Zentrifugationseflekt der Luftströmung — eine im Hinblick auf ein optimales Betriebsverhalten des Verdichters störungsfreie Luftentnahme in einer Verdichterstufe auf verhältnismäßig einfache Weise zu erreichen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung gemäß dem Patentanspruch gekennzeichnet.

Hierdurch soll vorteilhafterweise einerseits die bekanntlich das Betriebsverhalten und den Wirkungsgrad eines Verdichters oftmals gefährlich beeinflussende Nabengrenzschicht weitest^ehend beseitigt werden können. Nicht nur hierfür, sondern auch im Hinbnck auf den durch den Zentrifugationseffekt der Strömung an der Nabe gestörten Geschwirdigkeitsverlauf und damit gegebenenfalls einhergehende Ablösungen der Strömung von der Verdichternabe wirkt sich die unmittelbare Luftentnahme infolge der direkten Zuordnung der schaufelseitigen Entnahmeöffnungen zur Nabe äußerst vorteilhaft aus. ;o

Darüber hinaus soll eine weitestgehend von Kremdkörperkonzentrationen (Staub, Sand, Hagel od. dgl.) freie und verbraucherseitig ungestörte Luftabzapfung ermöglicht werden, indem die Verdichterluft örtlich gezielt aus dem unmittelbaren Nabenbereich entnom- r, men werden kann, in welchem im Hinblick auf den laufradseitig vor den Entnahmestellen verursachten Zentrifugationseffekt der Luftströmung mn der geringsten Fremdkörperkonzentration zu rechnen ist.

Die Zeichnung erläutert den Erfindungsgegenstand 4» beispielsweise an einem Längsschnitt eines kombinierten Axial-Radial-Verdicnters eines Gasturbinentriebwerks.

Hierbei sind die Laufschaufeln der letzten Stufe des Axialteils dieses Verdichters mit 1, die zur letzten Stufe r, dieses Axialteils gehörigen Leitschaufeln des Verstellleitgitters 2 und 3 bezeichnet. Lm mn den Rotorpartien des Axialteils des Verdichters drehfest verbundener Radialverdichter ist mit 4 bezeichnet.

Die Schaufelblätter der Leitschaufeln 3 sind hierbei als Blechkonstruktion ausgebildet und mit einem napfförmigen, ebenfalls aus tiefgezogenem Blech gefertigten Drehteller 5 verlötet oder verschweißt. Schaufelblatt und Drehteller 5 der Leitschaufeln 3 sind ihrerseits mit dem zugehörigen Drehzapfen 6 verlötet oder verschweißt, der in seinem unteren Abschnitt einen zylindrischen Hohlraum 7 aufweist, der über einen weiteren Hohlraum 8 des Drehtellers 5 mit dem inneren Hohlraum 9 der zugehörigen Leitschaufeln 3 in Verbindung steht.

Der äußere volle Abschnitt des Drehzapfens 6 übernimmt die Funktion der Positionierung der Leitschaufel 3 zürn Verdichteraußengehäuse 10, wobei Dichtelemente zwischen dem Drehzapfen 6 und den an diese angrenzenden Partien des Verdicliteraußengehäuses 10 mit 11 und 12 bezeichnet sind.

Die an der Außenwand 13 der Verdichternabe aus dem Strömungskanal 14 des Axialteil· ^es Veidichters entnommene Luft gelangt sumit über die der Außenwand 13 unmittelbar zugekehrten Luftentnahneöffnungen an den freien Enden der Leitschaufeln 3 in deren jeweilige innere Hohlräume 9 und von dort weiter über die jeweiligen Hohlräume 8 bzw. 7 der Drehteller 5 bzw. der Drehzapfen 6 in mindestens eine zum letzteren gehörige Bohrung 15, die quer 7ur Drehachse D der Leitschaufeln 3 angeordnet ist. Dieser Buhmne 15 sind gehäuseseitig eingeschlossene Kanäle 16 axial nachgeschaltet, die in einen von Gehäusepartien (Verdichteraußengehäuse 10. Deckscheibe 18 des Radialverdichters 4) umschlossenen Sammelraum 17 münden. Vom Sammelraum 17 aus kann dann die in der beschriebenen Weise entnommene Luft über eine nicht weiter dargestellte Leitung einem Verbraucher zugeführt werden.

Somit ist gewährleistet, daß die entnommene Luft relativ frei von Fremdkörpern ist. Gleichzeitig werden durch die zumindest teilweise Absaugung der Nabengrenzschicht für die dahinterliegenden Bereiche des Verdichters günstige Voraussetzungen im Hinblick auf eine \ erbesserung von Wirkungsgrad und Betriebsverhaiten geschaffen.

Die Erfindung ist im übrigen bei reinen Axialverdichtern mit einem oder mehreren Verstelleitgittern sinngemäß einsetzbar, wobei die Luftentnahme an einer oder mehreren Axialverdichterstufen erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Verdichterluftentnahme bei Gasturbinentriebwerken, die mit mindestens einem axial durchströmten Verdichterleitgitter ausgerüstet sind, welches nur im Verdichteraußengehäuse gelagerte, verstellbare Leitschaufeln aufweist, die einschließlich ihrer Drehteller und Drehzapfen als untereinander kommunizierende Hohlkörper ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Leitschaufeln (3) Luftentnahmeöffnungen aufweisen, die der Außenwand (13) der Verdichternabe unmittelbar zugekehrt sind, und daß jeder Drehzapfen (6) einer Leitschaufel (3) mindestens eine quer zur Drehachse (D) liegende Bohrung (15) aufweist, die den Hohlraum (7) des Drehzapfens mit gehäuseseitig eingeschlossenen Kanälen (16) verbindet, welche in einen von Gehäusepartien (10, 18) umschlossenen Sammelraum (17) münden, der mit einem Verbraucher in Verbindung steht.