DE3210626C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Axialgasturbinentriebwerk der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Ein solches Axialgasturbinentriebwerk ist aus der
CH 26 89 48 bekannt.
Bei Gasturbinentriebwerken besteht eine Rotorbaugruppe üblicherweise
aus einer Rotorscheibe und aus mehreren Laufschaufeln,
die sich von der Rotorscheibe aus nach außen erstrecken.
Jede Rotorbaugruppe ist zwischen benachbarten
Statorbaugruppen angeordnet. Ein im Querschnitt ringförmiger
Strömungsweg für heiße Arbeitsmediumgase erstreckt sich
durch die Rotor- und Statorbaugruppen. Jede Statorbaugruppe
hat Leitschaufelblätter, die in Zusammenwirkung mit benachbarten
Laufschaufelblättern diesen ermöglichen, den zwischen
ihnen hindurchströmenden heißen Arbeitsmediumgasen
wirksam Energie zu entnehmen. Infolge des innigen Kontakts
zwischen den Laufschaufelblättern und den heißen Arbeitsmediumgasen
wird von den heißen Gasen Wärme auf die Laufschaufeln
übertragen.
In modernen Flugzeuggasturbinentriebwerken kann Kühlluft
durch jede Laufschaufel hindurchgeleitet werden, um einen
Teil dieser Wärme aus der Laufschaufel abzuführen, wodurch
die Temperatur und queraxiale Wärmegradienten in den Laufschaufeln
verringert werden und dadurch die Lebensdauer der
Laufschaufeln verbessert wird. Ein Beispiel einer solchen
kühlbaren Laufschaufel ist in der US 36 35 586 beschrieben.
Eine Wärmeübertragung von den heißen Arbeitsmediumgasen auf
die Rotorscheibe ist ebenfalls zu berücksichtigen. Die heißen
Arbeitsmediumgase können den Randbereich der Rotorscheibe
örtlich erhitzen und dadurch Wärmegradienten und
Wärmespannungen verursachen, durch die die Lebensdauer der
Rotorscheibe verkürzt wird. Eine erste Möglichkeit zur Lösung
dieses Problems ist, die Stirnfläche der Rotorscheibe
mit Kühlluft zu kühlen. Bei einem Beispiel einer solchen
Konstruktion, das in der US 28 58 101 beschrieben ist, wird
Kühlluft in Strahlen über eine Dosierdüse auf die Stirnfläche
der Rotorscheibe abgegeben. Die Dosierdüsen sind in einer
Richtung angeordnet, die zu der Drehrichtung der Rotorscheibe
entgegengesetzt ist. Bei einem weiteren Beispiel
einer solchen Konstruktion, das in der DE-AS 10 43 718 beschrieben
ist, wird aus einer feststehenden Düse Kühlluft
gegen den Kranz der Rotorscheibe geblasen, und ein Teilstrom
der Kühlluft wird durch Kanäle innerhalb der Schaufelbefestigung
geleitet, wofür die Schaufelbefestigung mit
radialen Schlitzen versehen ist, die einen in Umfangsrichtung
durchgehenden Kanal bilden. Darüber hinaus wird eine
geringe Menge der Kühlluft zur Schleierkühlung des Laufschaufelblattes
abgezweigt.
Eine zweite Möglichkeit zur Lösung des vorgenannten Problems
ist aus der eingangs erwähnten CH 26 89 48 bekannt.
Diese beschreibt ein Axialgasturbinentriebwerk, bei welchem
alle Laufschaufeln benachbart zu deren Wurzeln Zwischenteile
haben, die zusammen einen Ring bilden, der den Rotorscheibenkranz
umschließt und auf beiden Seiten der Rotorbaugruppe
an einen ringförmigen, vom Strömungsweg umschlossenen
Kühlmittelkanal angrenzt. Dem Kühlmittelkanal wird
Druckluft zugeführt, welche wenigstens annähernd den gleichen
Druck besitzt wie das Arbeitsmediumgas in dem Strömungsweg.
Die Zwischenteile der Laufschaufeln sind mit radialen
Schlitzen versehen, die in zur Rotationsachse geneigten
Schnittebenen liegen, um eine Durchströmung der
Zwischenteile von der einen Seite des Kühlmittelkanals zur
anderen zu gestatten. Die Schlitze können so ausgebildet
sein, daß sie nach Art einer Turbinenbeschaufelung wirken
und dabei der Kühlluft Energie entziehen. Um die Kühlung
der Laufschaufeln auch für sehr hohe Temperaturen wirksam
zu machen, ist jede Laufschaufel zusätzlich mit geschlossenen
Hohlräumen versehen, die ein Kühlmittel wie Natrium,
Cäsium od. dgl. enthalten. Aufgrund der Ausbildung der radialen
Schlitze dürfte die aus ihnen austretende Kühlluft
Geschwindigkeitskomponenten aufweisen.
Eine dritte Möglichkeit zur Lösung des obengenannten Problems,
die aus der DE-AS 10 80 352 bekannt ist, besteht
darin, einen Schutzgasschleier über die Rotoroberfläche zu
legen, um die inneren Begrenzungsflächen des Strömungsweges
gegen die heißeren Arbeitsmediumgase abzuschirmen.
Schließlich ist eine weitere Möglichkeit, Blasluft durch
einen Hohlraum zwischen Rotor- und Statorbaugruppen einwärts
des Strömungsweges des Arbeitsmediums hindurchzuleiten,
um das Ansaugen von heißen Gasen aus dem Strömungsweg
zu verhindern. Durch den Verdichter des Gasturbinentriebwerks
muß Arbeit geleistet werden, um die Blasluft unter
Druck zu setzen. Demgemäß verringert ein Verlust an Blasluft
durch Eindringen derselben in den Strömungsweg den
Wirkungsgrad des Triebwerks.
Der Verlust an Blasluft wird durch eine große Grenzschicht
zwischen der Blasluft und der rotierenden Rotorscheibe im
Vergleich zu Konstruktionen mit einer kleinen Grenzschicht
vergrößert. Die Rotorscheibe wirkt als Zentrifuge und pumpt
durch Drehkräfte die Luft in der Grenzschicht radial nach
außen. Die Auswärtsströmung der Blasluft kann durch das
Einleiten von zusätzlicher Blasluft in den Hohlraum ausgeglichen
werden, wobei aber der Wirkungsgrad des Triebwerks
weiter verringert wird. Statt dessen kann die aus der
Grenzschicht abgepumpte Blasluft durch heiße Arbeitsmediumgase
aus dem Strömungsweg ersetzt werden, die mit der Blasluft
vermischt und wieder dem Strömungsweg zugeführt werden.
Die Umwälzströmung aus dem Strömungsweg in die Grenzschicht
und zurück in den Strömungsweg verursacht eine
nachteilige Erwärmung der Rotorscheibe und verringert ebenfalls
den Wirkungsgrad des Triebwerks.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Axialgasturbinentriebwerk
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Art die Kühlung von dessen Laufschaufeln bei minimaler
nachteiliger Auswirkung auf den Wirkungsgrad des Triebwerks
zu verbessern.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale in
Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Gemäß der Erfindung wird durch die Vorrichtung zum Dosieren
und Richten der Kühlluftdurchströmung der Laufschaufel erreicht,
daß die Kühlluft Geschwindigkeitskomponenten hat,
die die Ausbildung der Blasluftgrenzschicht längs der Rotorscheibe
behindern, das Auftreten einer Umwälzströmung
unterdrücken und den Verlust an Blasluft durch eine Wirbelströmung
unterbinden.
Der Hauptvorteil ist der Gewinn an Triebwerkwirkungsgrad,
der sich aus der Verringerung der Menge an wirbelnder Luft
in dem Hohlraum und dem davon begleiteten Verlust an Luft
in den Strömungsweg der Arbeitsmediumgase durch Leiten der
Kühlung in zu der Drehrichtung entgegengesetzter Richtung
ergibt. Ein weiterer Vorteil ist der Gewinn an Triebwerkswirkungsgrad,
der sich aus dem Unterdrücken des radialen
Pumpens und dem Unterbinden der Ausbildung einer großen
Grenzschicht an der Rotorscheibe durch Leiten eines Kühlluftstrahls
in axialer Richtung durch die Grenzschicht und
durch Leiten eines Kühlluftstrahls radial einwärts durch
die Grenzschicht ergibt. Noch ein weiterer Vorteil ist der
Triebwerkswirkungsgrad, der aus der genauen Dosierung der
Kühlluftdurchströmung der Laufschaufel mit der dafür vorgesehenen
Vorrichtung resultiert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand
der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 eine Querschnittansicht eines Teils des
Turbinenabschnitts eines Axialgasturbinentriebwerks,
Fig. 2 eine Ansicht nach der Linie 2-2 in
Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines
Teils der Wurzel einer Laufschaufel,
Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4
in Fig. 3, die einem Schnitt parallel
zu einer Bezugs-Y-Ebene entspricht, und
Fig. 5 eine Schnittansicht nach der Linie 5-5
in den Fig. 3 und 4, die einem Schnitt
parallel zu einer in Fig. 3 gezeigten Bezugs-Z-Ebene
entspricht.
Fig. 1 zeigt einen Teil
des Turbinenabschnitts 10 eines Gasturbinentriebwerks.
Ein im Querschnitt
ringförmiger Strömungsweg 12 für Arbeitsmediumgase
erstreckt sich axial durch den Turbinenabschnitt 10. Der Turbinenabschnitt 10 enthält
eine Rotorbaugruppe 14 und eine Statorbaugruppe 16.
Teile dieser Baugruppen begrenzen den inneren Teil des ringförmigen
Strömungsweges 12. Die Rotorbaugruppe
14 ist in axialem Abstand von der Statorbaugruppe
16 angeordnet, so daß zwischen ihnen ein Hohlraum 18 besteht.
Der Hohlraum 18 erstreckt sich in Umfangsrichtung
und befindet sich einwärts des Strömungsweges
12. Eine Blasluftquelle 20 befindet sich einwärts des
Hohlraums 18. Ein Spalt 21 zwischen der Statorbaugruppe 16
und der Rotorbaugruppe 14 bringt die Blasluftquelle 20
in Gasverbindung mit dem Hohlraum 18.
Die Rotorbaugruppe 14 besteht aus einer Rotorscheibe
22 und aus mehreren Laufschaufeln 24, die sich von der Rotorscheibe
aus nach außen über den Strömungsweg
12 erstrecken und von denen nur eine einzelne Laufschaufel 24 dargestellt
ist. Jede Laufschaufel 24 ist luftkühlbar und hat
einen inneren Durchlaß 26 für Kühlluft. Eine
Kühlluftquelle 28 ist in Gasverbindung mit einer stromaufwärtigen
Verdichterstufe (nicht dargestellt) und in Gasverbindung
mit dem inneren Durchlaß 26 der Laufschaufel 24. Die Laufschaufel 24
hat eine Plattform 30, die den Strömungsweg 12
begrenzt. Eine Wurzel 32 erstreckt sich von der Plattform 30
aus einwärts und befindet sich einwärts des
Strömungsweges 12. Die Wurzel 32 ist dem Hohlraum
18 benachbart und befindet sich in einem Gebiet, wo eine
Grenzschicht einer gewissen Dichte t durch die Blasluft auf
der Rotorscheibe 22 gebildet wird. Die Wurzel 32 hat eine
Vorrichtung in Form einer Düse 34 zum Dosieren der Kühlluftdurchströmung der Laufschaufel
24, um einen Strahl von Luft hoher Geschwindigkeit zu
bilden und die Kühlluft zu richten, die aus der Wurzel der
Laufschaufel abgegeben wird. Von einem Luftstrahl, der eine
ausreichende axiale Bewegungsenergie hat, um die Grenzschicht
zu durchdringen, wird angenommen, daß er eine hohe
Geschwindigkeit hat. Die Düse 34 kann einstückig mit der Laufschaufel
24 hergestellt sein oder kann Teil eines gesonderten
Teils sein, das an der Laufschaufel befestigt ist, wie beispielsweise
eine Düsenplatte 36, die an der Wurzel 32 der Laufschaufel
befestigt ist. Die Düse 34 erstreckt sich
nicht durch die Grenzschicht.
Fig. 2 ist eine Ansicht nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und
zeigt die Düsenplatte 36, einen Teil der Wurzel 32 und einen
Teil der Plattform 30 der Laufschaufel 24. Die strichpunktierte
Linie zeigt, daß die aus der Düsenplatte 36 austretende
Strömung als Richtung insgesamt die Umfangsrichtung hat.
Die Düsenplatte 36 kann ein einzelnes Loch oder mehrere Löcher
zum Richten der Strömung haben.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Düsenplatte
36 und der Wurzel 32 der Laufschaufel 24, an der die Düsenplatte
befestigt ist. Die Kühlluftströmung, die aus der
Düsenplatte 36 austritt, hat eine Richtung F. Die Richtung
F bildet einen Winkel mit einer Bezugs-Y-Ebene und einer dazu rechtwinkligen Bezugs-Z-Ebene.
Selbstverständlich wird eine Strömungsrichtung für jedes
asymmetrische oder symmetrische Durchgangsloch vorhanden sein. Aus
Darstellungsgründen ist ein symmetrisches Durchgangsloch 38 gezeigt.
Einen Schnitt parallel zu der Bezugs-Y-Ebene (im folgenden
als Y-Ebenenschnitt bezeichnet) zeigt der Schnitt 4-4. Für
jeden Y-Ebenenschnitt durch das Durchgangsloch 38 hat dieses eine
Längssymmetrieachse Ay. Der Winkel zwischen der Symmetrieachse
Ay und der Bezugs-X-Ebene ist ein spitzer Winkel, der
in dem Bereich von 16-18° liegt und aufgrund dessen das Durchgangsloch 38
so ausgerichtet ist, das es nach innen zu der Drehachse des
Triebwerks weist. Als Ergebnis dessen hat die Richtung F der
Kühlluftströmung eine derartige Projektion in dem Y-Ebenenschnitt,
daß der Winkel zwischen der Projektion der Richtung
F und der Bezugs-Z-Ebene ebenfalls in dem Bereich von 16°
bis 18° liegt. Diese Winkelausrichtung der Strömung bewirkt,
daß die Strömung nach innen zu der Drehachse des Triebwerks
gerichtet wird. Außer der radial einwärts gerichteten Komponente
zeigt die Projektion, daß die Winkelausrichtung der
Strömungsrichtung F eine Komponente hat, die sich in der
axialen Richtung nach hinten erstreckt. Diese axiale Komponente
ist ein Ergebnis der Ausrichtung der Strömung bezüglich
der Bezugs-Y-Ebene und der Bezugs-Z-Ebene.
Ebenso hat für jeden Schnitt in einer Ebene parallel zu der
Bezugs-Z-Ebene (Z-Ebenenschnitt) durch das Durchgangsloch 38 dieses
eine Quersymmetrieachse Az. Der Winkel zwischen der Symmetrieachse
Az und einer zu der Bezugs-Z-Ebene rechwinkeligen Bezugs-X-Ebene ist ein spitzer Winkel,
der in dem Bereich von 28° bis 32° liegt und aufgrund dessen
das Durchgangsloch 38 so ausgerichtet ist, daß es in eine Richtung weist,
die zu der Richtung der Drehung der Rotorscheibe 22 entgegengesetzt
ist. Infolgedessen hat die Richtung F der Kühlluftströmung
eine derartige Projektion in dem Z-Ebenenschnitt,
daß der Winkel zwischen der Projektion der Richtung
F und der Bezugs-X-Ebene in dem Bereich von 28° bis
32° liegt. Diese Winkelausrichtung der Strömung bewirkt, daß
die Strömung tangential in einer Richtung geleitet wird,
die zu der Drehrichtung der Rotorscheibe 22 entgegengesetzt
ist. Außer der tangentialen Komponente zeigt die Projektion,
daß die Winkelausrichtung der Strömungsrichtung F eine
weitere Komponente hat, die sich in der axialen Richtung
nach hinten erstreckt. Diese axiale Komponente ist ein Ergebnis
der Ausrichtung der Strömung bezüglich der Bezugs-Z-Ebene
und der Bezugs-X-Ebene.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht nach der Linie 4-4 in Fig. 3,
die mit der in Fig. 3 gezeigten Y-Ebene zusammenfällt.
Gemäß Fig. 4 beträgt der Winkel zwischen der Symmetrieachse
Ay und der Bezugs-X-Ebene ungefähr 17°. Der Winkel zwischen
der Projektion der Strömungsrichtung F und der Bezugs-Z-Ebene
beträgt ebenfalls ungefähr 17°.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht nach der Linie
5-5 in den Fig. 3 und 4, die mit einem Schnitt nach der in
Fig. 3 gezeigten Z-Ebene zusammenfällt. Der Winkel zwischen
der Symmetrieachse Az des Durchgangsloches 38 und der Bezugs-X-Ebene beträgt
ungefähr 30°. Der Winkel zwischen der Projektion der
Strömungsrichtung F und der Bezugs-X-Ebene beträgt ebenfalls
ungefähr 30°.
Während des Betriebes des Gasturbinentriebwerks strömen Arbeitsmediumgase
auf dem im Querschnitt ringförmigen Strömungsweg
12. Die Arbeitsmediumgase geben Energie an die Rotorbaugruppe
14 ab, was bewirkt, daß sich diese im Gegenuhrzeigersinn
um die Drehachse Ar dreht. Wärme wird von
den heißen Arbeitsmediumgasen auf die Laufschaufeln 24 übertragen,
die mit den Gasen in innigem Kontakt sind. Kühlluft,
die aus der Kühlluftquelle 28 durch die Laufschaufel 24
strömt, kühlt die Laufschaufel. Die Kühlluft wird zwar durch
Wärmeübertragung von der Laufschaufel 24 auf die Kühlluft erwärmt,
die Temperatur der Kühlluft ist jedoch noch viel geringer
als die der Arbeitsmediumgase in dem ringförmigen
Strömungsweg 12. Die Kühlluft wird über die Düse 34 abgegeben.
Die Druckdifferenz zwischen der Kühlluft stromaufwärts der
Düse 24 und dem Hohlraum 18 bewirkt, daß die Kühlluft als ein
Strahl mit hoher Geschwindigkeit austritt, die ausreicht, um
den Strahl durch die Grenzschicht hindurchgehen zu lassen, die durch die
Blasluft gebildet wird, welche längs der Rotorscheibe 22
radial nach außen gepumpt wird. Dieser Pumpvorgang rührt
von der Drehung der Rotorscheibe 22 her, die Drehenergie an
die Blasluft abgibt, welche in den Hohlraum 18 einströmt.
Die Kühlluft hat Geschwindigkeitskomponenten, die die Strömungsrichtung
F bestimmen. Die Kühlluft hat eine Geschwindigkeitskomponente,
die radial einwärts gerichtet ist, so
daß die aus der Wurzel 32 der Laufschaufel 24 abgegebene
Luft nicht nur die Bildung der Blasluftgrenzschicht behindert,
sondern auch die Auswärtsbewegung der Blasluftgrenzschicht
aufgrund der Einwärtsbewegungsenergie der Kühlluft
verzögert.
Die Kühlluft hat ferner eine Geschwindigkeitskomponente, die entgegengesetzt
zu der Drehrichtung gerichtet ist. Diese Geschwindigkeitskomponente
führt zu einer Verringerung der
Kühlluftgeschwindigkeit von der Geschwindigkeit der Rotorscheibe
22 auf eine Geschwindigkeit von nahezu null. Der Schub,
der durch diese Komponente der Kühllufteinleitung erzeugt
wird, addiert sich zu der Energie der Rotorbaugruppe
14. Da die Luft die Geschwindigkeit null hat, gibt es darüber
hinaus keine Tendenz, daß die Luft nach außen in den
Strömungsweg 12 wirbelt.
Der Kühlluftstrahl hat außerdem eine sich in der axialen
Richtung erstreckende Geschwindigkeitskomponente als Ergebnis
des ersten spitzen Winkels und des zweiten spitzen Winkels
des Durchgangsloches 38. Diese Geschwindigkeitskomponente
gewährleistet, daß der Kühlluftstrahl die Grenzschicht
durchbricht und nicht durch die Grenzschicht eingefangen
wird, so daß eine Verdickung der rotierenden Grenzschicht
vermieden wird. Es ist klar, daß eine Vergrößerung der Dicke
der rotierenden Grenzschicht die Blasluftmenge vergrößern
würde, die die Grenzschicht aus dem Hohlraum 18 in den
Strömungsweg 12 pumpen würde. Das Vermeiden dieses Pumpens
führt zur Vermeidung der Notwendigkeit, dem grundlegenden
Gasgeneratorzyklus größere Blasluftmengen zu entnehmen
oder zusätzliche heiße Arbeitsmediumgase aus dem Gasgeneratorsystem
umzuwälzen.
Claims (6)
1. Axialgasturbinentriebwerk mit einer Statorbaugruppe
(16) und einer Rotorbaugruppe (14), wobei die Rotorbaugruppe
in axialem Abstand von der Statorbaugruppe angeordnet
ist, so daß zwischen ihnen ein sich in Umfangsrichtung
erstreckender Hohlraum (18) vorhanden ist, dem Blasluft
zugeführt wird, und wobei die Rotorbaugruppe (14) aus einer
Rotorscheibe (22) und aus mehreren kühlbaren Laufschaufeln
(24) besteht, die sich von der Rotorscheibe aus
nach außen erstrecken und jeweils eine Wurzel (32) einwärts
eines Strömungsweges (12) und benachbart zu dem
Hohlraum (18) in dem Gebiet haben, wo durch die Blasluft
eine Grenzschicht an der Rotorscheibe (22) gebildet wird,
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (34) zum Dosieren
der Kühlluftdurchströmung der Laufschaufel (24) und zum
Richten der aus der Wurzel (32) der Laufschaufel (24) abgegebenen
Kühlluft derart, daß die Kühlluft eine Geschwindigkeitskomponente
hat, die sich in der axialen Richtung
erstreckt, so daß die Kühlluft stromabwärts durch die
Grenzschicht hindurch in den Hohlraum (18) strömt, und
eine Geschwindigkeitskomponente, die radial einwärts gerichtet
ist, so daß die aus der Wurzel (32) der Laufschaufel
(24) abgegebene Kühlluft die Bildung der Blasluftgrenzschicht
behindert.
2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die von der Vorrichtung (34) zum Dosieren und Richten der
Kühlluftdurchströmung der Laufschaufel (24) abgegebene
Kühlluft eine Geschwindigkeitskomponente hat, die entgegengesetzt
zu der Drehrichtung der Rotorbaugruppe (14) gerichtet
ist, um die Ausbildung einer wirbelnden Strömung
in dem Hohlraum (18) zu blockieren und an der Rotorbaugruppe
(14) Arbeit zu leisten.
3. Triebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung (34) zum Dosieren und Richten der
Kühlluftdurchströmung eine Düsenplatte (36) mit wenigstens
einem Durchgangsloch (38) ist, die an der Wurzel (32) der
Laufschaufel (24) befestigt ist.
4. Triebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Düsenplatte (36) um eine Bezugslinie in dem Schnitt
einer sich in axialer Richtung erstreckenden und die Achse
(Ar) des Triebwerks enthaltenden Bezugs-Y-Ebene, einer zu
der Y-Ebene und zu der Achse (Ar) des Triebwerks rechtwinkeligen
Bezugs-X-Ebene und einer zu der X-Ebene und der Y-Ebene
rechtwinkeligen Bezugs-Z-Ebene angeordnet ist und
daß das Durchgangsloch (38) der Düsenplatte (36) eine Symmetrieachse
(Ay) hat, die in der Y-Ebene liegt und mit der
X-Ebene einen ersten spitzen Winkel bildet, und eine
zweite Symmetrieachse (Az), die in der Z-Ebene liegt, so
daß die zweite Symmetrieachse (Az) einen zweiten spitzen
Winkel mit der X-Ebene bildet.
5. Triebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste spitze Winkel in einem Bereich von 16° bis 19°
und der zweite spitze Winkel in einem Bereich von 28° bis
32° liegt.
6. Triebwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grenzschicht eine Dicke (t) hat und
daß die Düsenplatte (36) durch Hartlöten mit der Wurzel
(32) der Laufschaufel (24) verbunden ist und von der Rotorscheibe
(22) um eine Strecke vorsteht, die kleiner ist
als die Dicke (t) der Grenzschicht.
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FR (1) | FR2503246B1 (de) |
GB (1) | GB2095765B (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1004748A2 (de) | 1998-11-27 | 2000-05-31 | Rolls-Royce Deutschland GmbH | Rotor einer Strömungsmaschine |
DE102007012320A1 (de) * | 2007-03-09 | 2008-09-11 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbinenschaufel mit im Schaufelfuß ausgebildeter Mikroturbinendüse |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4674955A (en) * | 1984-12-21 | 1987-06-23 | The Garrett Corporation | Radial inboard preswirl system |
US4759688A (en) * | 1986-12-16 | 1988-07-26 | Allied-Signal Inc. | Cooling flow side entry for cooled turbine blading |
US5125798A (en) * | 1990-04-13 | 1992-06-30 | General Electric Company | Method and apparatus for cooling air flow at gas turbine bucket trailing edge tip |
FR2661946B1 (fr) * | 1990-05-14 | 1994-06-10 | Alsthom Gec | Etage de turbine a action avec pertes secondaires reduites. |
GB2251897B (en) * | 1991-01-15 | 1994-11-30 | Rolls Royce Plc | A rotor |
GB2319308B (en) * | 1996-11-12 | 2001-02-28 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine turbine system |
EP0890781B1 (de) * | 1997-07-11 | 2005-05-04 | ROLLS-ROYCE plc | Schmierung einer Gasturbine während des Starts |
GB9723268D0 (en) * | 1997-11-05 | 1998-01-07 | Rolls Royce Plc | Turbine |
GB2365079B (en) * | 2000-07-29 | 2004-09-22 | Rolls Royce Plc | Blade platform cooling |
EP1247939A1 (de) * | 2001-04-06 | 2002-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel sowie Turbinenschaufel |
US8016547B2 (en) * | 2008-01-22 | 2011-09-13 | United Technologies Corporation | Radial inner diameter metering plate |
US9126210B1 (en) * | 2008-08-12 | 2015-09-08 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Efficient premixing fuel-air nozzle system |
RU2010132334A (ru) * | 2010-08-03 | 2012-02-10 | Дженерал Электрик Компани (US) | Топливное сопло для турбинного двигателя и охлаждающий кожух для охлаждения внешней части цилиндрического топливного сопла турбинного двигателя |
EP2520764A1 (de) | 2011-05-02 | 2012-11-07 | MTU Aero Engines GmbH | Schaufel mit gekühltem Schaufelfuss |
EP2639407A1 (de) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenanordnung zur Reduzierung von Spannungen an Turbinenscheiben und zugehörige Gasturbine |
FR2995342B1 (fr) * | 2012-09-13 | 2018-03-16 | Safran Aircraft Engines | Aube refroidie de turbine haute pression |
GB2529681B (en) | 2014-08-29 | 2019-02-20 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine rotor arrangement |
WO2019102556A1 (ja) * | 2017-11-22 | 2019-05-31 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | タービン翼およびタービン |
US10808572B2 (en) * | 2018-04-02 | 2020-10-20 | General Electric Company | Cooling structure for a turbomachinery component |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2283176A (en) * | 1937-11-29 | 1942-05-19 | Turbo Engineering Corp | Elastic fluid mechanism |
GB586838A (en) * | 1943-06-16 | 1947-04-02 | Turbo Engineering Corp | Elastic fluid turbines |
CH268948A (de) * | 1946-09-20 | 1950-06-15 | Power Jets Res & Dev Ltd | Axialturbomaschine. |
US2858101A (en) * | 1954-01-28 | 1958-10-28 | Gen Electric | Cooling of turbine wheels |
US2945671A (en) * | 1955-02-10 | 1960-07-19 | Rolls Royce | Bladed rotor constructions for fluid machines |
DE1043718B (de) * | 1956-07-31 | 1958-11-13 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Axial beaufschlagter Turbinenlaeufer mit Kuehlung durch ein gasfoermiges Kuehlmittel, insbesondere fuer Gasturbinen |
DE1080352B (de) * | 1957-10-21 | 1960-04-21 | Bmw Triebwerkbau Ges M B H | Kuehleinrichtung fuer Gasturbinen, insbesondere fuer mit Schweroel betriebene Gasturbinen |
US3043561A (en) * | 1958-12-29 | 1962-07-10 | Gen Electric | Turbine rotor ventilation system |
GB988541A (en) * | 1962-03-06 | 1965-04-07 | Ruston & Hornsby Ltd | Gas turbine rotor cooling |
FR1526683A (fr) * | 1967-06-12 | 1968-05-24 | United Aircraft Corp | Disque de turbine refroidi |
US3501249A (en) * | 1968-06-24 | 1970-03-17 | Westinghouse Electric Corp | Side plates for turbine blades |
US3572966A (en) * | 1969-01-17 | 1971-03-30 | Westinghouse Electric Corp | Seal plates for root cooled turbine rotor blades |
US3635586A (en) * | 1970-04-06 | 1972-01-18 | Rolls Royce | Method and apparatus for turbine blade cooling |
US3658439A (en) * | 1970-11-27 | 1972-04-25 | Gen Electric | Metering of liquid coolant in open-circuit liquid-cooled gas turbines |
US3706508A (en) * | 1971-04-16 | 1972-12-19 | Sean Lingwood | Transpiration cooled turbine blade with metered coolant flow |
US3736011A (en) * | 1972-03-02 | 1973-05-29 | Tool & Equipment Mfg Co Inc Mo | Quick disconnect tool coupling |
US3816022A (en) * | 1972-09-01 | 1974-06-11 | Gen Electric | Power augmenter bucket tip construction for open-circuit liquid cooled turbines |
US3856430A (en) * | 1973-07-27 | 1974-12-24 | Gen Motors Corp | Diffuser with boundary layer removal |
IT1025260B (it) * | 1973-11-16 | 1978-08-10 | Mtu Muenchen Gmbh | Turbina a raffreddamento interno della corona e con posizioni prescritte di rottura |
IT1063518B (it) * | 1975-09-08 | 1985-02-11 | Gen Electric | Sistema di utilizzazione della perdita di aria di raffreddamento in un turbomotore a gas |
JPS52103204U (de) * | 1976-02-04 | 1977-08-05 | ||
US4260336A (en) * | 1978-12-21 | 1981-04-07 | United Technologies Corporation | Coolant flow control apparatus for rotating heat exchangers with supercritical fluids |
GB2057573A (en) * | 1979-08-30 | 1981-04-01 | Rolls Royce | Turbine rotor assembly |
-
1981
- 1981-04-01 US US06/249,767 patent/US4453888A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-03-12 GB GB8207284A patent/GB2095765B/en not_active Expired
- 1982-03-23 DE DE19823210626 patent/DE3210626A1/de active Granted
- 1982-03-23 FR FR8204880A patent/FR2503246B1/fr not_active Expired
- 1982-03-31 JP JP57054756A patent/JPS57176306A/ja active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1004748A2 (de) | 1998-11-27 | 2000-05-31 | Rolls-Royce Deutschland GmbH | Rotor einer Strömungsmaschine |
DE102007012320A1 (de) * | 2007-03-09 | 2008-09-11 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Turbinenschaufel mit im Schaufelfuß ausgebildeter Mikroturbinendüse |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3210626A1 (de) | 1982-11-18 |
GB2095765A (en) | 1982-10-06 |
GB2095765B (en) | 1984-09-12 |
JPS57176306A (en) | 1982-10-29 |
US4453888A (en) | 1984-06-12 |
JPH0424523B2 (de) | 1992-04-27 |
FR2503246B1 (fr) | 1988-02-19 |
FR2503246A1 (fr) | 1982-10-08 |
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