DE2855157A1

DE2855157A1 - Dichtungsspaltsteuerverfahren und -system fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2855157A1
Application number: DE19782855157
Authority: DE
Inventors: Frederick Michael Schwarz
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS54101011A; US4213296A; GB2010979B; FR2412697B1; JPS6157441B2; DE2855157C2; FR2412697A1; GB2010979A

Description

Dichtungsspaltsteuerverfahren und -system für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung .bezieht sich auf ein Di chtungs spalt steuerverfahren und -system, für ein Gasturbinentriebwerk, in welchem ein richtiger Spalt oder Abstand zwischen den Turbinenschauf elspitzen und den Dichtungen oder Umhüllungen, die mit dem Triebwerksgehäuse verbunden sind, während verschiedener Triebwerksbetriebszustände aufrechtzuerhalten ist.

Aus den US-PSen 3 391 904, 3 583 824 und 4 019 320 ist es bekannt, Kühlluft aus dem Verdichter oder Gebläse in einem Gasturbinentriebwerk zum Steuern der Expansion und Kontraktion von Schaufelspitzendichtungen und des tragenden Teils des Triebwerksgehäuses zur Optimierung der Turbinenleistung zu benutzen. Wenn die Laufspalte zwischen den Turbinenschaufeln und den Dichtungen zu groß sind, steigt der spezifische Kraftstoffverbrauch und die abgegebene Leistung sinkt. Weiter muß ein ausreichender Spalt während allen Triebwerksbetriebszuständen aufrechterhalten

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werden, um zerstörerische Berührungen zwischen Schaufeln und Dichtungen zu verhindern.

Das Aufrechterhalten eines festen Dichtungsspalts in dem Turbinenabschnitt eines Triebwerks während allen Betriebszuständen wird durch thermische Ausgleichsvorgänge sowohl in dem Turbinenläufer als auch in dem Triebwerksgehäuse kompliziert. Wenn ein Triebwerk anläuft, bleibt das thermische Wachstum des Gehäuses im allgemeinen weit hinter dem relativ schnellen thermischen Wachstum des Läufers zurück. Zum Verhindern einer Berührung zwischen den Schaufelspitzen und den am Gehäuse abgestützten Dichtungen ist ein relativ großer Spalt erforderlich, um das anfängliche schnelle Wachstum des Turbinenläufers aufzunehmen. Wenn die thermischen Ausgleichsvorgänge abgeklungen sind, hat die Expansion des Triebwerksgehäuses die des Turbinenläufers eingeholt und es ist wieder ein zu großer Spalt zwischen den Turbinenschaufeln und den Dichtungen vorhanden. Ein solcher Spalt gestattet sowohl im Beharrungszustand als auch im Anlaufzustand heißen Verbrennungsgasen, an den Turbinenschaufeln vorbeizulecken, wodurch die abgegebene Triebwerksleistung verringert und der spezifische Kraftstoffverbrauch erhöht wird.

Das Dichtungsspaltproblem wird weiter erschwert, wenn das Triebwerk aus Leerlauf zuständen bald nach dem Anlauf beschleunigt wird. Das zentrifugale Wachstum des Turbinenläufers' trägt einfach zu der hohen Geschwindigkeit des thermischen Wachstums bei. Wenn Kühlluft in bescheidenen Mengen während des Anlaufes und während des Hochleistungsbetriebes zum Kühlen des Triebwerksgehäuses benutzt wird, werden die Geschwindigkeiten des thermischen Wachstums des Gehäuses weiter gedrosselte

Bei einer Lösung, die in heutigen Triebwerken angewandt wird, werden große Mengen an Verdichterluft benutzt, die

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unter Anlaufbedingungen relativ warm ist und am Anfang die Expansion des Triebwerksgehäuses unterstützt. Diese Lösung ist jedoch wegen der niedrigen Temperatur der verwendeten Luft insgesamt nicht zufriedenstellend.

Bei einer anderen Lösung werden ebenfalls große Mengen an Verdichterluft benutzt, die während des Beharrungszustandes übar das Äußere des Triebwerksgehäuses hinweggeleitet werden. Die Verdichterluft ist unter diesen Umständen relativ kühl und bewirkt, daß das erhitzte Gehäuse schrumpft und dadurch näher zu dem Turbinenläufer gelangt. Diese beiden Lösungen, die in der oben angegebenen US-PS 3 583 824 beschrieben sind, erfordern große Mengen an Luft aus dem Verdichter. Daher wird zwar die Turbinenleistung verbessert, Verdichterarbeit wird jedoch vergeudet.

Es ist außerdem aus der US-PS 3 736 751 bekannt, die heißen Gase aus dem Turbinenabschnitt des Triebwerkes zum Steuern der Positionierung eines Stirnflächendichtungselements zu benutzen. Heißes Gas aus dem Triebwerk entweicht an dem Dichtungselement und strömt durch ein wärmeausdehnbares Steuerrohr, welches das Dichtungselement trägt. Durch die Ausdehnung des Rohres wird der Spalt zwischen den rotierenden Schaufeln und dem nichtrotierenden Dichtungselement geschlossen und der Strom von heißen Gasen zu dem Rohr verringert. Kalte Luft wird außerdem durch das Rohr hindurchgeleitet und über eine Drosselstelle in einen Niederdruckbereich abgegeben. Eine vorgewählte Spaltgröße ist zwischen dem Dichtungselement und den Schaufeln vorhanden, wenn die Strömung von heißem und kaltem Fluid ausgeglichen ist. Bei diesem bekannten System handelt es sich jedoch bei dem Dichtungsspalt um einen axialen Spalt und nicht um einen Schaufelspitzenspalt an dem Triebwerksgehäuse.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein "Verfahren und ein System zum Steuern des Spalts zwischen den Turbinenschaufel spit z en und den an dem Triebwerksgehäuse abgestützten Dichtungen zu schaffen, mittels welchen sich ein ausreichender aber enger Spalt während allen Triebwerksbetriebszuständen trotz der unterschiedlichen Geschwindigkeiten des thermischen Wachstums von Turbinenläufer und Gehäuse aufrechterhalten läßt.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und ein System zum Steuern des Spalts zwischen den Turbinenläuferschaufeln und den SchaufelSpitzendichtungen, die an einem Triebwerksgehäuse in einem Gasturbinentriebwerk abgestützt sind. Ein Teil der heißen Verbrennungsgase wird aus dem Strömungsweg in der Turbine abgeleitet und über das Triebwerksgehäuse während des Anlaufes hinweggeleitet, damit sich das Gehäuse erhitzt und mit einer erhöhten Geschwindigkeit ausdehnt, welche dem thermischen Wachstum des Turbinenläufers nahekommt. Nachdem thermische Ausgleichsvorgänge, die mit dem Anlauf verbunden sind, abgeklungen sind, wird ein Teil der Luft oder des !Fluids, aus welchem die Verbrennungsgase in einem Verbrennungsprozeß erzeugt werden, aus dem Verdichter abgeleitet und über die Wände des Triebwerksgehäuses hinweggeleitet, um einen gewünschten Spalt aufrechtzuerhalten.

Bei dem System nach der Erfindung wird eine Wärmeaustauschvorrichtung benutzt, die eine Pluidleitungsanordnung enthält, welche sich in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Triebwerksgehäuse in den Turbinenabschnitt erstreckt. Die Eluidleitungsanordnung, die in einer Ausführungsform eine Kammer oder ein Mantel innerhalb des Triebwerksgehäuses ist, hat eine Verbindung mit dem GasStrömungsweg in der Turbine, um die relativ heißen Gase aufzunehmen, die an ihrem strom-

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abwärtigen Ende abgegeben werden. Das stromaufwärtige Ende der Leitungsanordnung ist mit dem Verdichter verbunden, um außerdem die relativ kühle Verdichterluft zu empfangen. Strömungssteuereinrichtungen regeln die Ströme der heißen Verbrennungsgase und der Verdichterluft, um die Expansion und Kontraktion des Triebwerksgehäuses zu steuern und den richtigen Dichtungsspalt herzustellen.

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

ig. 1 eine Teilschnittansicht, welche

Teile des VerdichterabSchnitts, des Verbrennungsabschnitts und des Turbinenabschnitts eines Gasturbinentriebwerks in schematischer Form zeigt,

I*ig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des

Turbinenabschnitts des Triebwerkes, die Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,

ig. 3 eine schematische Darstellung eines

Entlüftungsventils und eines Verteilers, der mit dem Gasturbinentriebwerk an mehreren Stellen entsprechend der Ausführungsform von Fig. 2 verbunden ist, und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht des Trieb

werksgehäuses längs der Linie 4-4 in Fig. 2.

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Fig. 1 zeigt schematisch die Hauptbestandteile eines Gasturbinentriebwerks 10, in welchem die Erfindung benutzt wird. Das Triebwerk ist symmetrisch um eine Mittellinie oder Triebwerksachse 12 herum aufgebaut und deshalb ist nur der untere Teil des Triebwerks dargestellt. Der vordere Teil des Triebwerks enthält einen Verdichterabschnitt 14, der ein fluidförmiges Arbeitsmedium, bei welchem es sich um Luft handelt, ansaugt und die Luft mit erhöhtem Druck in einen Verbrennungsabschnitt 16 fördert. Innerhalb des Verbrennungsabschnittes wird die Luft mit Kraftstoff in einem Verbrennungsprozeß vereinigt und mit hoher Geschwindigkeit an einen Verbrennungsgasströmungsweg in dem Turbinenabschnitt 18 abgegeben. Die heißen Verbrennungsgase treiben die Turbinenläufer 20 und 22 an, die mit den letzten Verdichterstufen 24 und 26 über die Antriebswelle 28 Verbunden sind. Die Gase können außerdem weitere Turbinenläufer in nachfolgenden Stufen des Turbiaenabschnittes antreiben, um mechanische Leistung an der inneren Welle 29 zu erzeugen, und können über einen Diffusor am hinteren Ende des Triebwerks ausgestoßen werden, um einen Antriebsschub zu erzeugen.

Ein Triebwerksgehäuse 30 umschließt die Hauptbestandteile des Gasturbinentriebwerkes, nimmt Belastungen und Spannungen zwischen denselben auf und dient als Halterung oder Träger für die Leitschaufeln 34 und 36 in dem Verdichterabschnitt, die Brennerzylinder oder Verbrennungskammern 38, die zirkumaxLal um die Triebwerksachse 12 in dem Verbrennungsabschnitt verteilt sind, und die Leitschaufeln 40 und 42 in dem Turbinenabschnitt. Die Laufschaufeln 46 und 48, die an den letzten Verdichterstufen 24 bzw. 26 befestigt sind, rotieren zwischen den Leitschaufeln 34 und 36 und pumpen die verdichtete Luft in die ringförmige Leitvorrichtung 50, aus welcher die Luft in die verschiedenen Brennkammern 38 abgegeben wird. Ein Eühlluftableitrohr 54 ist mit dem Trieb-

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werksgehäuse in der letzten Stufe 26 des Verdichterabschnitts 14 verbunden und leitet einen begrenzten Teil der verdichteten Luft rückwärtig um den Verbrennungsabschnitt herum zu einem Wärmeaustauschkanal in Form einer ringförmigen Kammer oder eines ringförmigen Hanteis 56 zwischen dem Triebwerksgehäuse 30 und dem Gasströmungsweg durch den Turbinenabschnitt. Die Kühlluft wird, wie weiter unten noch ausführlicher dargelegt, zum Steuern der Uärmeausdehnuns benutzt, die den Spalt zwischen den Umhüllungen oder Schaufelspitzendichtungen und den Turbinenlaufschaufeln 58 in dem Turbinenabschnitt beeinflußt.

Fig. 2 zeigt im einzelnen den Aufbau zum Steuern des Dichtungsspalts in dem Turbinenabschnitt gemäß der Erfindung. Das Triebwerksgehäuse 30 besteht in diesem Bereich des Triebwerks aus mehreren Gehäuseabschnitten 64-, 66 und Diese Gehäuseabschnitte umschließen das Triebwerk und können zur leichteren Herstellung und zur Vereinfachung des TriebwerksZusammenbaus aus Segmenten_i hergestellt sein. Die Leitschaufeln 40 sind an dem Gehäuseabschnitt 66 starr befestigt und bilden eine ringförmige Anordnung von Einlaßleitschaufein, die die heißen Verbrennungsgase auf dem Gasströmungsweg an dem Einlaß des Turbinenabschnitts leiten. Die Leitschaufeln 42 stromabwärts der Schaufeln 58 der ersten Turbinenstufe sind an dem Gehäuse zwischen den Gehäuse ab schnitten 66 und 68 ebenfalls starr befestigte Ebenso wie die Leitschaufeln 40 sind die Leitschaufeln in einer ringförmigen Anordnung um die Triebwerksachse angeordnet und leiten die heißen Verbrennungsgase von den Laufschaufeln 58 zu den Laufschaufeln in nachfolgenden Stufen des Turbinenabschnittes.

Eine Umhüllung oder Schaufelspitzendichtung 70 ist mit dem Gehäuseabschnitt 66 zwischen den Befestigungen der Leitschaufeln 40 und 42 verbunden und trägt zwei Verschleiß-

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streifen 72 und 7^? welche radial zu einem entsprechenden Paar Messerkanten 76 bzw. 78 angeordnet sind» Die Dichtung 70 mit den Verschleißstreifen ist zur Erleichterung des Einbaus in den Gehäuseabschnitt 66 in Segmente geteilt und mit Abstand von dem Gehäuseabschnitt 66 abgestützt, so daß sie einen Teil der ringförmigen Wärmeaustauschkammer 56 bildet, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Die Messerkanten 76 und 78 erstrecken sich an den Spitzen der Schaufeln 58 zirkumaxial um den Turbinenläufer und bilden gemeinsam mit den Streifen eine Labyrinthgasdichtung für die heißen Verbrennungsgase in dem Strömungsweg über den Schaufeln. Die Verbrennungsgase können daher die Turbinenschaufeln nicht umgehen und der Triebwerkswirkungsgrad wird aufrechterhalten, vorausgesetzt, daß ein enger oder relativ kleiner Spalt zwischen den Messerkanten und den Verschleißstreifen aufrechterhalten wird. Die Verschleißstreifen bestehen im allgemeinen aus einem abschleifbaren Material, beispielsweise einem Wabenmaterial, während die Iiesserkanten Konstruktionsteile aus Stahl oder anderen Materialien sind.

Die Wärmeaustauschkammer 56, die zwischen dem Gehäuseabschnitt 66 und der Dichtung 70 gebildet ist, erstreckt sich stromaufwärts und stromabwärts der Dichtung, damit Wärmeaustauschfluid über die Innenwand des Gehäuses 30 geleitet und dadurch die Kontraktion oder Expansion des Gehäuses gesteuert werden kann. Da die Dichtung 70 an dem Gehäuse abgestützt ist, wird der Spalt zwischen der Turbine und den Dichtungen durch Erhitzen und Aufweiten des Gehäuses gesteuert, wenn der Spalt zu klein ist, oder durch Abkühlen und Zusammenziehen des Gehäuses, wenn der Spalt zu groß ist.

An dem stromaufwärtigen Ende steht die Kammer 56 mit dem Bohr 5²J- in-Verbindung, welches Kühlluft aus dem Verdichter liefertο Die Luft strömt in der durch den Pfeil a angegebenen

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Richtung in die Kammer 56 und tritt in den stromabwärtigen Abschnitt der Kammer durch eine ringförmige Reihe von Öffnungen 82 ein, die auch in Pig. 4 dargestellt sind und sich axial durch die Tragstruktur für die Leitschaufeln 40 erstrecken. Zum Leiten der Kühlluft innerhalb der Kammer ist ein Leitring 84 zwischen dem Wurzelabschnitt der Leitschaufeln und dem Gehäuseabschnitt 66 angebracht und von dieser Stelle aus kann die Kühlluft entweder stromabwärts durch die Kammer 56 zu einer ringförmigen Reihe von Auslaßlöchern 85 geleitet werden, die den Öffnungen 82 gleichen, aber größer sind, oder, wie durch die Pfeile d angegeben, durch einen Verteiler 88 und ein elektrisch betätigtes Entlüftungsventil 90. Das Entlüftungsventil 90 entlüftet in ein Niederdruckgebiet, wie die das Gehäuse umgebende Atmosphäre, und wird mittels einer Steuereinrichtung 100 betätigt, die weiter unten noch ausführlicher beschrieben ist. Der Verteiler 88 ist mit dem Triebwerksgehäuse 50 an mehreren Stellen durch mehrere Bolzen 92 verbunden, die in der in Pig. 5 dargestellten Weise um das Triebwerk 10 herum verteilt sind.

Das System arbeitet folgendermaßen:

In Betrieb werden die Dichtungsspalte gesteuert, indem das Triebwerksgehäuse 30 mittels Fluids aufgeweitet oder verengt wird, die durch die Wärmeaustauschkarcmer 56 hindurchgeleitet werden, welche zum Teil durch den Gehäuseabschnitt 66 gebildet wird. Di.e Expansion der Kammer oder des Mantels 56 wird während Triebwerksanlaufzuständen. durch die heißen Verbrennungsgase verursacht, welche aus dem Gasströmungsweg zwischen den Leitschaufeln 40 und den Dichtungen 70 hindurch lecken, und sie wird so gesteuert, daß sie sich der Expansionsgeschwindigkeit des Turbinenläufers nähert. Die Kontraktion der Kammer oder des Mantels 56

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während des Beharrungszustandsbetriebes bei Leistungsabgabe wird durch die Kühlluft verursacht, welche aus dem Verdichter über das Abzweigrohr 54· in die Kammer oder den Mantel 56 gefördert wird. Das Entlüftungsventil 90 und die Steuereinrichtung 100 dienen als Strömungssteuereinrichtung und bestimmen, welches der Värmeaustauschfluids, entweder die heißen Verbrennungsgase oder die kühlere Verbrennungsluft, durch die Kammer 56 hindurchgeht. Die Strömungssteuerung erfolgt durch Regeln des Druckes innerhalb der Kammer 56, und vorzugsweise werden die Fluids so kontrolliert, daß ein im wesentlichen konstanter, enger Spalt zwischen den Laufschaufeln und den Dichtungen während sämtlicher Triebwerksbetriebszustände aufrechterhalten wird. Da die Verdichterluft den Öffnungen 82 mit im wesentlichen demselben erhöhten Druck wie die von dem Verdichter abgegebene Luft zugeführt wird und da die Verbrennungsgase, die in den Turbinenabschnitt eintreten, einen etwas niedrigeren Druck haben, kann ein geringfügiger Druckgradient zwischen dem Heißgasströmungsweg über den Laufschaufeln und dem umgebenden Mantel 56 vorhanden sein, wenn das Ventil 90 geschlossen ist, und dieser Gradient kann durch das Ventil umgekehrt werden, um entweder heiße Verbrennungsgase oder die Kühlluft durch die Kammer 56 zu den Auslaßlöchern 85 strömen zu lassen.

Während des Triebwerksanlaufes, wenn die Turbinenlaufschaufeln und das Triebwerksgehäuse kalt sind, wird das Entlüftungsventil 90 durch die Steuereinrichtung 100 geöffnet und es herrscht innerhalb der Kammer 56 ein relativ niedriger Druck. Heiße Gase aus dem Gasströmungsweg durch die Turbine treten in die Kammer, wie es durch die Pfeile b dargestellt ist, über -Fluidverbindungen mit der Kammer ein, welche durch die Leckwege und Öffnungen zwischen den Leitschaufeln 40 und den Dichtungen 70 und um dieselben herum gebildet sind. Ein Teil der heißen Gase, der aus dem Strömungsweg abgezweigt wird, tritt in den Verteiler 88, wie

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es durch die Pfeile c dargestellt ist, zusammen mit der meisten oder zusammen mit sämtlicher relativ kühler Verdichterluft ein, die durch die Öffnungen 82 hindurchgeht. Ein beträchtlicher Teil der heißen Gase geht jedoch auch über die Innenwand des Gehäuseabschnittes 66 hinweg, wie es durch die Pfeile e angegeben ist, und bewirkt, daß das Gehäuse 30 schnell erhitzt und aufgeweitet wird. Gleichzeitig bewirken die Wärmeausgleichsvorgänge des Turbinenläufers und der Laufschaufeln 58, daß sich der Läufer zu der Dichtung 70 hin radial ausdehnt, wobei aber die Ausdehnung des Gehäuses 30 eine ähnliche Eadialbewegung der Dichtungen bewirkt, so daß eine zerstörerische Berührung niemals stattfinden kann.

In den meisten praktischen Ausführungsformen der Erfindung bewirken die Wärmeausgleichsvorgänge des Turbinenläufers und der Laufschaufeln ein schnelleres radiales Wachstum als die heißen Gase über dem Gehäuse und es ist ein etwas größerer Spalt während des Anlaufes erforderlich, um dieses Wachstum aufzunehmen. Wenn das Triebwerk einen Beharrungszustand erreicht hat, wird jedoch dieser Spalt beseitigt, indem das Entlüftungsventil 90 geschlossen und dem Druck innerhalb der ringförmigen Kammer 56 gestattet wird, über den Wert des Druckes in dem Gasströmungsweg anzusteigen. Der erhöhte Druck wird durch Kühlluft verursacht, die über die Öffnungen 82 in die Kammer 56 eintritt. Die Luft strömt durch die Kammer 56 hindurch zu den stromabwärtigen Löchern 85 und vereinigt sich dann mit dem Gasstrom innerhalb des Gehäuseabschnitts 68. Bei geschlossenem Entlüftungsventil 90 strömt ein Teil der Kühlluft aus dem Verdichter über den Leitring 84- und zurück über die Leckwege in die heißen Verbrennungsgase in einer zu den Pfeilen b und c entgegengesetzten Richtung. Der größere Teil der Kühlluft strömt jedoch über die Innenwand des Gehäuses 30, kühlt den Gehäuseabschnitt 66 und verursacht das Zusammen-

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ziehen des Gehäuses, damit der Spalt zwischen den Dichtungen und den Turbinenschaufelspitzen verringert -wird.

Die Steuereinrichtung 100, die das Entlüftungsventil 90 und dementsprechend den Druck und die Strömung in der Kammer 56 regelt, kann auf verschiedene Signale ansprechen, um das Ventil zu betätigen. Die Steuereinrichtung 100 kann auf Druckwerte innerhalb des Triebwerkes ansprechen, die für die Turbinen- oder Verdichterdrehzahl oder für die Gasleckströmung an den Laufschaufelspitzen repräsentativ sind. Stattdessen kann die Steuereinrichtung 100 auch direkt auf die Turbinenläuferdrehzahl ansprechen. Außerdem kann die Steuereinrichtung 100 die Temperaturen innerhalb des TurbinenabSchnitts überwachen, die ein indirektes Maß für den Dichtungsspalt sind, welcher durch Expansion und Kontraktion der Turbinenteile verursacht wird. Veiter kann die Steuereinrichtung 100 ein Schalter mit Schaltverzögerung sein, welcher eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Anlauf des Triebwerks in Tätigkeit tritt.

Die Erfindung befaßt sich also mit der Steuerung des Dichtungsspalts in einem Gasturbinentriebwerk und insbesondere mit der Steuerung des Triebwerksspalts während Triebwerksanlaufperioden, während welchen Wärmeausgleichsvorgänge wirksam sind. Zum Beschleunigen des thermischen Wachstums des Triebwerksgehäuses 30 auf eine Geschwindigkeit, die insgesamt gleich der des Turbinenläufers ist, werden heiße Gase aus dem Gasströmungsweg über eine Leitungsanordnung oder Kammer 56 in V/ärmeaustauschbeziehung mit dem Gehäuse geleitet. Nachdem ein Beharrungszustand erreicht worden ist und die Wärmeausgleichsvorgänge abgeklungen sind, wird ein relativ kalter Strom von Luft aus dem Verdichter durch die Kammer 56 geleitet, damit bei Bedarf das Gehäuse schrumpft und der Dichtungsspalt enger

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wird. Eine Vorricht\ang zum Steuern der Strömung entweder der heißen Verbrennungsgase oder der kälteren Verdichterluft sind das Entlüftungsventil 90 und die Ventilsteuereinrichtung 100, die den Druck innerhalb der Kammer 56 regeln.

Es bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur Abwandlung der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform. Beispielsweise bedienb zwar die Pluidleitungsanordnung oder Kammer 56, die in Fig. 2 dargestellt ist, nur eine einzige Stufe des Verdichterabschnittes, es ist jedoch klar, daß mehrere Stufen durch dieselbe Grundstruktur bedient werden könnten. Das Entlüftungsventil 90 stellt nur eine Vorrichtung zum Steuern der Strömung von Heiz- und Kühlfluids durch die Kammer 56 dar und es ist klar, daß ein'Steuerventil,das in dem Förderrohr 54- installiert wäre, die Förderung von Kühlluft während des Triebwerksanlaufbetriebes blockieren und heißen Gasen gestatten würde, sich durch die Kammer 56 zu bewegen. In diesem Fall wären die Öffnungen 82 nicht erforderlich. Das dargestellte System, das das Entlüftungsventil 90 enthält, ist auch ideal für Triebwerke geeignet, in welchen ein doppelwandiges Gehäuse statt des unabhängigen Abzweigr-ohres 54-, das in den Zeichnungen dargestellt ist, zum Fördern von Kühlluft aus dem Verdichter benutzt wird.

Die Kühlluft aus dem Verdichter strömt, wie beschrieben, nicht durch die Kammer 56, wenn das Entlüftungsventil 90 geöffnet ist, da der Verteiler 88 im wesentlichen sämtliche Luft aufnimmt, die durch die Öffnungen 82 hindurchgeht, und heiße Verbrennungsgase strömen nur dann durch die Kammer 56. wenn das Ventil offen ist. Umgekehrt strömen keine heißen Gase durch die Kammer 56, wenn das Ventil geschlossen ist, da der Druck der Kühlluft etwas größer ist als der der heißen Gase in dem Strömungsweg durch die Turbine, wodurch ein positiver Druckgradient zwischen der

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Kammer 56 und dem GasStrömungsweg erzeugt wird. Die heißen Verbrennungsgase und die Kühlluft strömen daher während unterschiedlichen oder einander nicht überlappenden Perioden durch die Kammer 56. Mit einer aufwendigeren Ventil- und Steuereinrichtung ist es möglich, bei Bedarf die heißen und kalten Fluids miteinander zu vermischen, um die Kontraktion und Expansion des Triebwerksgehäuses 30 genauer zu regeln.

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Claims

Patentansprüche :

rly Verfahre.1 zum Steuern des Spalts zwischen den Turbinenlaufschaufeln und den an einem Triebwerksgehäuse abgestützten Laufschaufelspitzendichtungen in einem Gasturbinentriebwerk, welches heiße Ve^'-brennungsgase mit einem erhöhten Druck erzeugt und die Gase auf einem GasStrömungsweg über die Laufschaufeln leitet, um die Turbine anzutreiben, gekennzeichnet durch folgende Schritte; Abzweigen eines Teils der heißen Verbrennungsgase aus dem GasStrömungsweg und Hinwegleiten der heißen, abgezweigten Gase über das Triebwerksgehäuse während des Triebwerksanlaufes, um das Gehäuse zu erhitzen und zum Ausdehnen zu bringen, wenn das thermische Wachstum des Turbinenläufers erfolgt.

2ο Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: Steuern der Schritte des Abzweigens und Hinwegleitens von heißen Gasen zum Aufweiten des Gehäuses und zum Auf-

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rechterhalten eines im wesentlichen konstanten Spalts zwischen den Laufschaufeln und den Dichtungen während des Anlaufs.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Triebwerk außerdem einen Verdichter aufweist, der ein fluidförmiges Arbeitsmedium an eine Brennkammer mit einem erhöhten Druck zum Erzeugen der heißen Verbrennungsgase abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Arbeitsmediums aus dem Verdichter abgeleitet und über die Triebwerks gehäusewände hinweggeleitet wird, um das Gehäuse zu kühlen und enger zu machen, nachdem mit dem Anlauf verbundene Wärmeausgleichsvorgänge abgeklungen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß das Hinwegleiten von heißen Gasen aus dem Strömungsweg und von Arbeitsmedium aus dem Verdichter über die Triebwerksgehäusewände gesteuert wird, um einen im wesentlichen konstanten Spalt zwischen den Laufschaufeln und den Dichtungen aufrechtzuerhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Hinwegleitens von heißen Gasen über die Gehäusewände und des Hinwegleitens des aus dem Verdichter abgezweigten Mediums über die Gehäusewände in einander nicht überlappenden Zeitspannen ausgeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeaustauschkammer innerhalb des Triebwerks zwischen dem Triebwerksgehäuse und dem Gasströmungsweg über den Laufschaufeln geschaffen wird, die Fluidverbindungen mit den Gasstromungswegen hat, und daß der Strom der heißen Verbrennungsgase durch die Pluidverbindungen und die Wärmeaustauschkammer zwischen dem Ge-

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hause und dem Gasströmungsweg kontrolliert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß "bei dem Steuern der Strömung der Druck in der Wärmeaustauschkammer über und unter den Druck der heißen Gase in dem Gasströmungsweg geregelt wird.

8. Dichtungsspaltsteuersystem für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter, der einen Strömungsweg festlegt, aus welchem ein fluidförmiges Arbeitsinediuo. axt erhöhtem Druck abgegeben wird, mit einem Verbrennungsabschnitt, der das von dem Verdichter abgegebene Arbeitsmedium empfängt und das Arbeitsmedium mit einem Kraftstoff in einem Verbrennungsprozeß vereinigt, um einen Strom von Verbrennungsgasen hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, mit einem Turbinenabschnitt, der eine Turbine aufweist, welche mehrere umfangsmäßig angeordnete Turbinenlaufschaufeln aufweist, die sich in dem Gasströmungsweg befinden, der die Verbrennungsgase hoher Geschwindigkeit aus dem Verbrennungsabschnitt durch die Turbine führt, um die Turbine anzutreiben, mit einem die Turbine umschließenden Triebwerksgehäuse und mit einer Turbinendichtungsanordnung, die an dem Triebwerksgehäuse neben den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln in dem Gasströmungsweg abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine Wärmeaustauschvorrichtung zum Steuern der Uärmeausdehnung des Triebwerksgehäuses und der Dichtungsanordnung, mit einer Fluidleitungsanordnung, welche sich in Wärmeaustauschbeziehung mit .dem Triebwerksgehäuse in den Turbinenabschnitt erstreckt, wobei die Fluidleitungsanordnung eine Fluidverbindung mit dem Gasströmungsweg in dem Turbinenabschnitt hat, um die relativ heißen Verbrennungsgase zu empfangen, und außerdem ein stromabwärtiges Ende, an welchem die heißen Verbrennungsgase abgegeben werden, und durch eine S trömungs Steuer einrichtung,· die der Wärmeaustauschvorrichtung zugeordnet ist,

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um den Strom von heißen Verbrennungsgas en durch die !leitungsanordnung in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Gehäuse zu regeln, wodurch die Expansion des Triebwerksgehäuses und der Spalt zwischen der-Dichtungsanordnung und den Lauf schaufelspxtzen in der Turbine kontrolliert werden können.

9· System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungsanordnung in der Wärmeaustauschvorrichtung eine ringförmige Kammer aufweist, welche den Turbinenabschnitt umschließt·

10. System nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kammer zum Teil durch das Triebwerksgehäuse gebildet ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Leit.schaufeln an dem Triebwerksgehäuse in dem Gasströmungsweg durch den Turbinenabschnitt abgestützt sind, daß die ringförmige Kammer innerhalb des Triebwerksgehäuses und außerhalb der Leitschaufeln und der Turbinendichtungsanordnung gebildet ist und daß die Fluidverbindung mit dem Gasströmungsweg in dem Turbinenabschnitt durch den Leckweg gebildet ist, der zwischen den Leitschaufeln und der Dichtungsanordnung besteht.

12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die !"luidleitungsanordnung in der wärmeaustauschvorrichtung außerdem an einem stromaufwärtigen Ende mit dem Verdichter verbunden ist, um einen Teil des relativ kalten Arbeitsmediums aus dem Verdichter zu empfangen, und daß die Strömungssteuereinrichtung außerdem den Strom des Arbeitsmediums durch die Fluidleitunssanordnung regelt, wodurch die Kontraktion und die Expansion des Triebwerksgehäuses kontrolliert werden.

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13· System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtung Einrichtungen enthält, welche den Druck regeln, der in der Fluidleitungsanordnung herrscht, die sich in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Triebwerksgehäuse in den Turbinenabschnitt erstreckt.

14·. System nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung eine Vorrichtung zum Drosseln der Strömung des relativ kalten Arbeitsaediums aus dem Verdichter in die !"luidleitungsanordnung und ein Entlüftungsventil enthält, das mit der Leitungsanordnung zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende verbunden ist, um den Druck innerhalb der Leitungsanordnung zu ändern.

15· System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidleitungsanordnung zum Teil durch das Triebwerksgehäuse gebildet ist und daß der Gasströmungsweg Leckwege zwischen dem Gasströmungsweg und dem Gehäuse umfaßt.

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