DE2920193C2 - Kühlluftzuführung nach den Turbinenrotorschaufeln eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlluftführung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Kühlluftführung ist aus der DE-OS 15 274 bekannt. Hierbei wird die Kühlluft in zwei unterschiedliche voneinander getrennte Strömungen aufgeteilt, die durch Dichtungen voneinander getrennt gehalten werden. Diese Dichtung zwischen den beiden Räumen bzw. die durch sie hindurchströmende Kühlluft beeinträchtigt den Wirkungsgrad des Triebwerkes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieser Leckströmung entgegenzuwirken und die Wirksamkeit der Dichtung zu verbessern, ohne den Dichtungsaufbau selbst zu komplizieren.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Das Wesen der Erfindung liegt demgemäß darin, daß wenigstens ein Teil der Sekundär-Kühlluftströmung veranlaßt wird, in Gegenrichtung zu der Leckströmung zu fließen, wobei ein dynamischer Effekt erlangt wird, der eine größere Verminderung des Leckstromes gewährleistet als die im bekannten Falle gegeneinander wirkenden statischen Drücke.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht des Turbinenbereichs eines Gasturbinentriebwerks mit einer ersten Ausführungsform der Kühlluftzuführung,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Schnitiansicht einer zweiten Ausführungsfonn der Kühlluftzuführung. F i g. 1 zeigt eine Anordnung, durch die Hochdruck-Kühlluft nach der Turbine gefördert wird. Das innere Gehäuse 15 der Brennkammer ist an einem Flansch 18 angebaut, der bei diesem Ausführungsbeispiel von der

ίο Düsenleitschaufel 19 nach innen vorsteht Das zweite innere Gehäuse 16 ist über einen im Querschnitt U-förmigen Dichtungsring 20 "mit einem Ring 21 verbunden, der Verwirbelungsmittei aufweist, die der Kühlluft, die zwischen den Gehäusen 15 und 16 abfließt, eine Winkelgeschwindigkeit aufprägt, die etwa der Winkelgeschwindigkeit der Turbinenscheibe 22 entspricht.

Die Pfeile 23 kennzeichnen diese Kühlluftströmung. Die Verwirbelungsmittel 21 können getrennte Düsen oder Schaufeln oder Kaskaden von Schaufeln aufweisen. Die Verwirbelungsmittel und die Abmessungen der verschiedenen in Betracht kommenden Kanäle sind so gewählt, daß der Druck, der durch diesen ersten Kanal dem ersten Ringbereich 24 benachbart zur Turbinenscheibe 22 gelieferten Luft groß genug ist, um die kritischeren Stellen des Schaufelkühlsystems zu speisen, aber der Druck ist beträchtlich kleiner als der Hochdruck am stromabwärtigen Ende des Kompressors.

Von der Turbinenscheibe 22 steht ein ringförmiger Dichtungsflansch 25 vor, der Dichtungslippen 26 aufweist, die axial in das Innere des Ringes 20 einstehen und einen Leckstrom der Luft von dem Ringraum nach innen verhindern.

Diese Kühlluft, die durch die Verwirbelungsmittel im Ring 21 hindurchgetreten ist, tritt in eine Reihe von Kanälen 27 in der Scheibe 22 ein und wird demgemäß den Kühlkanälen 28 zugeführt, die in jeder Turbinenschaufel 29 ausgebildet sind.

Ein zweiter Anteil der Hochdruck-Kühlluft, der zwischen den Gehäusen 15 und 16 abströmt, fließt, wie durch die Pfeile 30 angegeben, nach einer Stelle radial außerhalb dieser Verwirbelungsmittel im Ring 21. Ein Fortsatz 31 des Flansches 18 ist mit im Winkel angestellten Düsen 32 versehen, durch die die Kühlluft abfließen kann. Der Fortsatz 31 steht nach den äußeren Rändern der Verwirbelungsmittel vor und bildet einen Ringkanal, in den ein Dichtflansch 33 von der Scheibe 22 einsteht. Von diesem Flansch 33 stehen Dichtlippen 34

so vor, die am Aufbau 31 angreifen, um eine herkömmliche Lippendichtung zu bilden.

Der Raum außerhalb dieser Dichtung, der zwischen dem Flansch 18, dem Fortsatz 31 und den Schaufeln 29 eingeschlossen liegt, bildet einen zweiten Ringraum 35, in den die Kühlluft aus den Düsen 32 fließen kann. Der Druck der Luft in dem Raum 35 wird durch Wahl von Größe und Winkel der Düsen 32 so eingestellt, daß er geringer ist als der Druck im Raum 24. Daher bilden die Dichtlippen 34 zusammen mit dem Flansch 33 eine Dichtung, die einen Leckstrom von dem Raum 24 nach dem Raum 35 verhindert oder wenigstens vermindert.

Die Düsen 32 sind so angestellt, daß die Kühlluftströmung eine Bewegungskomponente erhält, die jener des Leckstromes durch die Dichtung entgegengesetzt gerichtet ist. Auf diese Weise wirkt die Kühlluftströmung der Leckströmung entgegen und verbessert den Wirkungsgrad der Dichtung bevor die Luft in den Ringraum 34 abströmt.

Das Gesamtdruckverhältnis zwischen dem Raum, zwischen den Gehäusen 15 und 16 und dem Raum 35 ist '.•eträchtlich größer als jenes zwischen den Räumen 24 und 35, und es ist gerade diese Differenz in den Druckverhältnissen, die die Möglichkeit schafft, daß die Düsen 32 als wirksame aerodynamische Dichtung arbeiten.

Die Kühlluftströmung aus dem Raum 35 tritt dann in die Schaufeln 29 über Öffnungen 36 in den Flanken der Schaufelfüße ein. Diese öffnungen 36 lassen die Luft in ein System "on Kanälen 37 einfließen, um diesen Niederdruckteil der Schaufel zu kühlen.

Die Grenze zwischen dem höheren Druck und dem niederen Druck der Kiihllufträume (erste und zweite Räume), die durch die Dichtung 33 und den Aufbau 31 gebildet werden, wird hinsichtlich der Wirksamkeit dadurch verbessert, daß die Strömung der Luft 30 durch diese Düsen 32 benutzt wird. Da die durch diese Düsen strömende Luft danach die Schaufeln in irgendeiner Weise kühlen muß, bewirkt die Benutzung der Luft zwecks Verbesserung der Dichtung keinen zusätzlichen nachteiligen Einfluß auf die Luftströmung im Triebwerk. Dadurch, daß die Dichtung 33 einfacher gestaltet werden kann, ergibt sich eine Verbesserung im Hinblick auf Kosten und Gewicht, oder statt dessen wird es möglich, einen höheren Wirkungsgrad bei einer bereits wirksamen Dichtung zu erhalten. Je nach der speziellen Auslegung des Triebwerks kann genügend Druck verfügbar sein, um die Kühlluft, die durch die Schlitze 32 hindurchtritt, einer Vorverwirbelung zu unterziehen.

indem geeignete flache Wirbelschaufeln in den Schlitzen angeordnet werden. Die äußere Oberfläche des sich drehenden Dichtungselementes 33 ist als einfacher Durchmesser angegeben, jedoch arbeitet das System auch wenn die Düsen 32 in zwei geeignete Lippen fördern, die in diesem Element ausgebildet sind. Ein Ausführungsbeispiel, bei welchem dieses System benutzt wird, ist in F i g. 2 dargestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der

lü Dichtkörper 40, der dem Dichtkörper 33 nach Fig. 1 entspricht, mit zwei ringförmigen Dichtlippen 41 versehen, die von der äußeren Oberfläche vorstehen. Dies kann mit der ebenen zylindrischen äußeren Oberfläche der Dichtung 33 verglichen werden. Die

π Düsen 42, die den Düsen 32 nach Fig. 1 entsprechen, schaffen die Möglichkeit, daß ein Teil der durch die Düsen 42 abströmenden Kühlluft in die Dichtung zwischen den Lippen 41 eintritt.

Der zweite Unterschied liegt in der Ringanordnung von Verwirbelungsmitteln 43 in dem Flansch 44, der dem Flansch 18 nach Fig. 1 entspricht. Die Verwirbelungsmittel 43 lassen die Luft in den Raum 45 eintreten, der dem Raum 35 nach F i g. 1 entspricht. Es ist klar, daß nur ein Teil der Luft, der in den Raum 45 einströmt, durch die Düsen 42 abfließt. Der Rest, und dies kann der Hauptanteil sein, tritt durch die Verwirbelungsmittel 43 hindurch. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine relativ geringere Menge von Luft durch die Düsen 42 geführt, und diese ist in der Lage die notwendige verbesserte Wirksamkeit der Dichtung 40 zu bewirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühlluftzuführung zur Überführung der vom Kompressor eines Gasturbinentriebwerks gelieferten Kühlluft nach den inneren Kühlluftkanälen der Turbinenrotorschaufeln, bestehend aus ersten Kanälen zur Einleitung einer ersten Kühlluftströmung nach einem ersten, zwischen Rotor und Stator liegenden Raum und zweiten Kanälen, die eine zweite Kühlluftströmung nach einem zweiten Raum zwischen Rotor und Stator leiten, wobei die ersten und zweiten Kanäle Drosselstellen aufweisei·, die die Drücke im ersten und zweiten Raum auf einen ersten bzw. einen gegenüber dem ersten Druckwert kleineren zweiten Druckwert erniedrigen, und wobei im Weg der zweiten Kanäle Dichtungen die zweite Kühlluftströmung gegen die Leckströmung in der Dichtung richten, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen die Leckströmung gerichtete zweite Kühlluftströmung (30) über Düsen (32; 42) entgegen der Leckströmung in die Dichtung einführbar ist.

2. Kühlluftzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (32; 42) der zweiten Kühlluftströmung (30) eine Verwirbelungsbewegung in Drehrichtung des Rotors aufprägen.

3. Kühlluftzuführung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der zweiten Kühlluftströmung gegen die Leckströmung fließt und der Rest durch Verwirbelungsmittel (43) dem zweiten Raum zwischen Stator und Rotor zugeführt wird, die dieser Strömung eine in Umfangsrichtung verlaufende Wirbelbewegung aufprägen.