DE3221323A1

DE3221323A1 - Kuehlluftinjektor fuer turbinenschaufeln

Info

Publication number: DE3221323A1
Application number: DE19823221323
Authority: DE
Inventors: Dennis Clark Topsfield Mass. Evans; Robert Earl Burlington Mass. Gladden; Robert Alexander Beverly Mass. Nicoll
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-06-11
Filing date: 1982-06-05
Publication date: 1982-12-30
Also published as: GB2100360B; FR2507680B1; JPS5810123A; FR2507680A1; GB2100360A; CA1186633A; IT8221756A0; IT1151593B; US4456427A

Description

Kühlluftinjektor für Turbinenschaufeln

Turbinenschaufeln eines Kerntriebwerkes sind Temperaturen ausgesetzt, denen verfügbare Materialien ohne gewisse Mittel zur Kühlung der Schaufeln nicht widerstehen können. Bei einer Kühlmethode wird Kühlluft durch Kanäle im Inneren der Turbinenschaufeln hindurchgeleitet. Jedoch treten Probleme beim übertragen der Luft von der stationären Druckquelle auf die schnell umlaufenden Turb.inenschaufeln auf. Es ist bereits ein System aus Labyrinthdichtungen, das üblicherweise aus drei Dichtungen besteht, verwendet worden, um den Druckgradienten, der zur Bewegung der Luft in die Turbinenschaufeln erforderlich ist,- auszubilden. Ein Beispiel für diese Dichtung ist in der US-PS 3 9 89 410 beschrieben.

Derartige umlaufende Dichtungen, die bei einer Druckdiffexens arbeiten, erzeugen axiale Kräfte auf das rotierende Teil. Es ist eine sorgfältige Ausbalancierung der wirksamen Dichtungsflächen erforderlich, um diese axialen Kräfte auszugleichen.

umlaufende Dichtungen sind teuere Bauteile, unterliegen der Abnutzung und erfordern sehr viel Arbeit der Montage. Die Eliminierung von einer oder mehreren derartigen Dichtungen ohne Verlust des Vermögens, Kühlluft zu den umlaufenden Turbinenschanfeln zu bewegen, wäre äußerst wünschenswert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gasturbinentriebwerk zu schar= fen, bei dem den Turbinenschaufeln eines Strahltriebwerkes Kühl·= luft mit weniger umlaufenden Dichtungen zugeführt werden kaxia»

Gemäß der Erfindung wird den Turbinenschaufeln eines Strahltriebwerkes Kühlluft dadurch zugeführt, daß die Kühlluft von

einem Verdichter in Schlitze in der schnellumlaufenden Scheibe eines Turbinenrades aus einem Satz von im Winkel angeordneten stationären Düsen eingespritzt wird. Die stationären Düsen sind im Winkel angeordnet, um einen vorbestimmten Aufpral!wickel der Luft in bezug auf die sich bewegenden Schlitze auszubilden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Gasturbineptriebwerk geschaffen/ das eine Druckluftquelle^eine Verbrennungskammer, in der Brennstoff mit der Druckluft verbrannt wird_f um ein schnell strömendes heißes Gas zu erzeugen, und eine Turbine aufweist/ die durch das heiße Gas zur Betätigung der Druck luftquelle angetrieben wird und eine drehbare Scheibe mit wenigstens einer Reihe von Turbinenschaufeln aufweist. Die drehbare Scheibe und die Turhinenschaufeln sind von benachbarten stationären Teilen des Triebwerkes durch einen Spalt beabstandet/ jede Τμχ-binenschaufel weist einen Kanal für die Kühlluftströmung auf, eine kreisförmige Reihe von beabstandeten SphlitJsen j.st auf den Spalt gerichtet, der mit den Kanälen in, den Turbinenschaufel?} verbunden ist, mehrere beabstandete Düsen in einqm Kre,is auf den stationären'Teilen sind auf die Schlitze, gerichtet,, den püsen wird Druckluft zugeführt und die Düsen enthalten Mittel, um Luft mit einem ersten Druck in die Schlitze zu dnücken, der wesentlich höher als ein zweiter Druck in dem Spalt ist, wodurph die Luft in eine Strömung durch die Kanäle zur Kühlung der Turbinenschaufeln gezwungen wird. Die beabstandeten Schlitze, die auf den ßpalt gerichtet sind, können mit den Kanälen ip den Turbinenschaufeln verbunden sein. Gemäß ein^m weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Luftinjektor für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen, das eine durch heiße Verbrennungsgase angetriebene Turbine und einen Verdichter aufweist, der durch die Turbine angetrieben wird, um Druckluft in einer Kammer ζμ erzeugen, die eine Verbrennungskammer umgibt, in der Brennstoff mit der Druckluft verbrannt wird, um die heißen Verbrennungs,gase zu erzeugen. Die Turbine umfaßt eine drehbare Scheibe mit Turbinenschaufeln, auf die das heiße Gas aufprallt, um die Turbine anzutreiben. Jede Turbinenschaufel enthält Innenkanäle für den Durchtritt von Kühlgas. Die drehbare Scheibe und die Turbinen-

schaufeln sind von stationären Teilen des Triebwerkes durch einen Spalt beabstandet. Auf diesen Spalt ist eine kreisförmige Reihe von Schlitzen gerichtet, die eine Strömungsitiittelverbindung mit den Innenkanälen herstellen. Mehrere Düsen in einem Kreis auf den feststehenden Teilen sind auf die kreisförmige Reihe von Schlitzen gerichtet, wodurch die Schlitze an Öffnungen in den Düsen vorbei gedreht werden. Ferner sind eine Zwischenkammer und mehrere Kanäle von der die Verbrennungskammer umgebenden Kammer zu der Zwischenkammer vorgesehen, um eine Verbindung für die Druckluft zu der Zwischenkammer herzustellen. Die Düsen neh~ men Druckluft von der Zwischenkammer auf und richten jeweils einen Luftstrom auf die Schlitze, die sich mit der Scheibe daran vorbei drehen, wobei die Achsen der Schlitze in bezug auf eine Achse der kreisförmigen Reihe von Schlitzen im Winkel angeordnet sind, so daß die Luftströmung von jeder Düse auf die Schlitas unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf die Scheibe aufprallt und die Luftströme einen ersten Druck in den Schlitten erzeugen, der einen zweiten Druck in dem Spalt überschreitet.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine Seitenansicht von einem teilweisen geschnittenen Bläserstrahltriebwerk, um Innenteile besser darzustellen.

Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht in der Nähe der Hochdruckturbine des Kerntriebwerkes gemäß Figur 1.

Figur 3 ist ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Winkelbeziehungen der Gasgeschwindigkeit und der tangentialen Schlitzgeschwindigkeit.

Figur 4 ist eine grafische Darstellung zur Beschreibung¹ der Druckverstärkung über dem Gasaufprallwinkel.

Figur 5 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 2 von einem anderen Ausführungsbei'spiel der Erfindung, bei dem der Spalt, über den die Kühlluft übertragen werden muß, verkleinert ist.

Figur 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linien VI - VI in Figur 5,

Figur 7 ist eine Draufsicht auf einen Teil der in Figur 5 gezeig ten Düse aus der Sicht der Pfeile VII - VII in Figur 5.

Figur 8 ist eine Querschnittsansicht ähnlich Figur 2 und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 9 ist qine Schnittansicht ähnlich Figur 2 und zeigt ein weiteres Äusführungsbeipiel der Erfindung_r

Figur 10 ist eine Draufsicht auf einen Teil der in $Ί<3μτ 9 gezeigten Düse aus der Sicht der Pfeile X r X in Figur 9.

In Figur 1 ist allgemein ein Strahl- oder Gasturbinentriebwerk 10 gezeigt, das eine Kühllufteinspritzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das Strahltriebwerk 10 enthält ein Kerntriebwerk 12. Obwohl die Erfindung besonders auf das Kerntriebwerk 12 gerichtet ist, ist das Kerntriebwerk 12 als ein Teil eines Bypass-Triebwerkes gezeigt, das auch als e^-η Bläser-Strahltriebwerk bekannt ist und das neben der Leitung einer Luftströmung 14 durch das Kerntriebwerk 12 eine Bypass-Luftströmung 16 zwischen dem Kerntriebwerk 12 und einem Außenmantel 18 des Strahltriebwerks 10 hindurchleitet. Bekanntlich verstärkt die Luftströmung 16 den Schub gegenüber demjenigen, der von dem Kerntriebwerk 12 allein erhältlich ist.

Ein Einlaßbläser 20 ist in einem Lufteinlaß 22 auf einer Welle 24 drehbar, um eintretende Luft zu verdichten, die dann in die Luftströmungen 14 und 16 geteilt wird. Die Luftströmung 14 strömt

Q -·

in einen Verdichter 26 und wird in diesem verdichtet, wobei der Verdichter 26 mehrere Reihen umlaufender Verdichterschaufeln 28 aufweist, die an einer Hohlwelle 30 befestigt sind, durch die eine Welle 24 unabhängig davon hindurchführt. Zwischen den Verdichterschaufeln 28 sind mehrere Reihen Leitschaufeln 32 feststehend an einem Mantel 34 des Kerntriebwerks 12 befestigt.

Die durch den Verdichter 26 verdichtete Luft strömt in eine Kammer 36, die eine Verbrennungskammer 38 umgibt. In bekannter Weise strömt die verdichtete Luft aus der Kammer 36 in die Ver-'brennüngskarnmer 38 durch eine Anzahl von Kanälen (in F.igur 1 nicht gezeigt) , wo sie mi,t Brennstoff gemischt und verbrannt wird, um eine hochenergetische Strömung eines heißen verdichtetes Gases zu erzeugen, das auf eine Hochdruckturbine 40 gerichtet ist. Das schnell aus der Verbrennungskammer 38 strömende heiße Gas wirkt auf ein Turbinenrad ein, das aus mehreren Turbinenschaüfeln *42 besteht, die an einer umlaufenden Scheibe 43 auf einer Hohlwelle 30 befestigt sind, um die Hohlwelle 30 mit hoher Geschwindigkeit zu drehen und dadurch einen Teil der Energie in dem heißen Gas, das aus der Verbrennungskammer 38 strömt, herauszuziehen, um den Verdichter mit einer hohen Geschwindigkeit zu' drehen, Üblicherwelse sind eine oder mehrere Reihen stationärer Schaufeln 24 an dem Mantel 34 befestigt.

Eine Niederdruckturbine 46, die mehrere Reihen Turbinenlaufschaufeln 48 aufweist, die an dem hinteren Ende der Welle 24 befestigt sind und zwischen denen mehrere Turbinenleitschaufeln 50 angeordnet sind, liefert die Bewegungsieistung zum Antrieb des Einlaßbläsers 20. Die heiße Ausgangsströmung aus der Niederdruckturbine 46 wird zu einem Ausgangsbereich 52 geleitet, wo sie Schub erzeugt.

Das heiße Gas aus der Verbrennungskammer 38, das auf die Schaufeln der Hochdruckturbine 40 aufprallt, hat die Tendenz, diese Schaufeln zu überhitzen und insbesondere die Turbinenschaufel!! 42 zu überhitzen, da diese Schaufeln ein begrenztes Wärmeabführvermögen besitzt. Deshalb sind üblicherweise Mittel vorgesehen,

um verdichtete Luft aus der Kammer 36 in Kanäle in den Turbinenschaufeln 42 zu leiten, um diese zu fühlen. Zur Ausbildung eines Druckgradienten, damit Luft von der Kammer 36 in die Kanäle in de,n Turbinenschaufeln 42 gedrückt werden kann, sind normalerweise mehrere Dichtungen (nicht gezeigt) in der Nähe der allgemein nut der Bezugszahl 54 versehenen Stelle erforderlich, um eine Abdichtung gegenüber der Kammerluft zu bilden, die durch den Spalt zwischen den stationären Elementen und den rotierenden, Elementen der Hochdruck turbine 40 einfach austritt. Derartige. Dichtungen können labyrinthartige Dichtungen sein, die nicht nur teuer sind, sondern sehr viel Arbeit erfordern, um sie richtig einzubauen_r Zusätzlich zu den Dichtungen an der Stelle 54 kann eine weitere Rotationsdichtung an einer mit 56 bezeichneten Stelle, erforderlich sein, um die Druckluft am Einlaß zur Kammer 36 abzudichten.

Ohne die Dichtungen an der Stelle 54 würden die Drucke in der Verbrennungskammer 38, an der Stelle 54 und an der 40 im wesentlichen gleich sein. Somit könnte eine Druckdifferenz,, um Kühlluft in Kammern innerhalb der 1!urb|nenschaufeln 42 zu bewegen.nicht existieren.

Die umlaufenden Dichtungen an den Stellen 54 und/oder 56 sind üblicherweise als Teil eines axialen Ausgleichesystems vorgesehen, bei dem der Tendenz der Hochdruckturbine 40 und des Kompressors 26, sich aufgrund unsymmetrischer Kräfte in axialer Richtung ζμ bewegen, entgegengewirkt wird durch den Druck, der über den wirkrsamen Flächen dieser Dichtungen wirkt und die Tendenz hat ^,diese Teile in axialer Richtung zu drücken.

Es wurde gefunden, daß es möglich ist, ein Kerntriebwerk 12 zu bauen, das axial im Gleichgewicht ist ohne irgendeinen Symme,trierungsbeitrag von verschiedenen wirksamen Dichtungsflächen an den Stellen 54 und/oder 56. Somit könnten die Kosten für eine oder mehrere Dichtungen an diesen Stellen eliminiert werden,, wenn es möglich, wäre, Kühlluft aus der stationären Kammer 36 auf umlaufende Turbinenschaufeln 42 ohne Mithilfe dieser Dichtungen zu übertragen.

Gemäß Figur 2 strömt das heiße Gas aus der Verbrennungskammer durch eine Ausgangsdüse 58 in die Hochdruckturbine 40, wo es nach Führung durch die feststehenden Leitschaufeln 44 auf die Reihe umlaufender Turbinenschaufeln 42 prallt. Die Kühlluft aus der Kammer 36 kann durch einen Durchlaß 60 in eine ringförmige Zwischenkammer 62 eintreten. Eine ringförmige Anordnung von be~ abstandeten Luftinjektordüsen 64 (von denen nur eine gezeigt ist) ist über einen Spalt 65 auf eine Kreisreihe von Schlitzen 66 in der umlaufenden Scheibe neben den Füßen der Turbinenschaufeln 42 gerichtet. Die Schlitze 66 öffnen sich jeweils zu einem Innenkanal 68, der seinerseits gestattet, daß Kühlluft durch einen oder mehrere Kühlkanäle 70 zu einer Spitze 72 der Turbinenschaufeln 42 nach oben strömt. Die Spitze ist offen? so daß Kühlluft austreten kann, wie es durch einen Pfeil 74 angegeben ist. Mehrere Querstifte 79 sorgen für einen verbesserten Wärmeübergang von den Turbinenschaufeln 42 auf die durch die Kühlkanäle 70 strömende Kühlluft.

Eine Labyrinthdichtung 76, die aus einer ringförmigen, kanunehnliehen Struktur 78 besteht, berührt einen ringförmigen Abrietestreifen 80, um die Menge an Druckgas oder Luft zu steuern, die aus dem Spalt 65 austritt.

Es wäre an sich anzunehmen, daß der Druck in dem Spalt 65 etwa gleich dem Druck an der Ausgangsdüse nach der Strömung über die Leitschaufeln 44 ist. Es wurde jedoch gefunden, daß bei richtiger Anordnung der Luftinjektordüsen 64 in bezug auf die Schlitze Kühlluft von den Luftinjektordüsen 64 über den Spalt 65 hinweg in die Innenkanäle 68 und somit durch die Kühlkanäle 70 zur Kühlung der Turbinenschaufeln 42 geblasen werden kann.

Da die Kühlluft vor ihrem Austritt durch den Kanal 60 und die Zwischenkammer 62 strömen muß, bilden die Luftinjektordüsen einen.gewissen zusätzlichen Widerstand für die Luftströmuag. Unter gewissen Umständen kann sie vorteilhaft sein, damit größere Luftinjektordüsen 64 verwendet werden können, als dies anderenfalls möglich wäre. Unter gewissen Umständen ist dieser Widerstand notwendig, da die Größe der Luftinjektordüsen 64

anderenfalls für eine praktische Fertigung zu kle^n sein kann. Im richtigen Fall können der Kanal 60 und die Zwischenkammer 6 2 weggelassen werden. Wenn diese weggelassen werden, können auf Wunsch andere Maßnahmen, die im folgenden erläutert werden, verwendet werden, um größere Luftinjektordüsen 64 zu gestatten.

Ein Kanal 75 kann vorgesehen sein, der einen Bypass für die Zwischenkammer 62 bildet, um eine Strömung von Kühlluft aus der Kammer 36 entlang der Innenfläche 81 des die Leitscha^feln 44 enthaltenden Strömungskanals zu richten.

Es kann ein Strömungsablenker 77, der ai^ch, als Engelsflügel bekannt ist, ■ vorgesehen sein, um die Heißgasströmung von den Leitschaufeln 44 in den Spalt 65 zu lenken.

Der Winkel, unter dem die Luft auf die Schürze 66 aufprallt, ist zur Erzielung einer zufriedenstellenden übertragung von Kühlluft in die Turbinenschaufeln kritisch, ^ur Erzielung des besten Leistungsvermögens sollte die Luft die Schlitze 66 mit einem Geschwindigkeitsvektor erreichen, der parallel zu den Achsen der Innenkanäle 68 verläuft, wenn diese mit der rotierend⁰*¹ Scheibe 43 umlaufen. Das Vektordiagramm gemäß Figur 3 bezeichnet die Größen, die ein Verständnis der Winkel- und Geschwindigkeitsbeziehungen ermöglichen. Ein absoluter Gasvektor 82 bezeichnet durch seine Länge und seine Winkelbeziehung oi, die absolute Geschwindigkeit bz,w. Richtung des Gases, das von den Lyft4.nje.ktordüsen 6 4 in Richtung auf die Schlitze 66 strömt. Die Nullachse in Figur 3 ist parallel zur Achse der umlaufenden Scheibe 43. Ein Vektor 84 bezeichnet durch seine Länge und Richtung die tangentiale Geschwindigkeit der umlaufenden Scheibe 43, wenn sie an den Luftinjektordüsen 64 vorbeiläuft. Die Richtung des, Vektors 84 ist selbstverständlich senkrecht zur Rotorachse· Ein resultierender Gasgeschwindigkeitsvektor relativ zu einer Linie von der umlaufenden Scheibe 43 an Schlitzen 66 parallel zur Rotorachse ist bei 86 gezeigt. Der Winkel ß des resultierenden Gasgeschwindigkeitsvektors 86 berücksichtigt den tangentialen Geschwindigkeitsvektor 84 der umlaufenden Scheibe 43 und

den absoluten Gasgeschwindigkeitsvektor 82. Der Winkel ß₂ beschreibt den Winkel, der durch die Achsen der Innenkanäle 68 in bezug auf die Rotorachse durchlaufen wird. Wenn der Winkel ß. des resultierenden Gasgeschwindigkeitsvektors 86 parallel zum Winkel ß₂ der Innenkanäle 68 ist, wird eine maximale Druckverstärkung in den Innenkanälen 68 erhalten.

In dem in Figur 3 beschriebenen Fall ist der resultierende Gasgeschwindigkeitsvektor 86 nicht mit dem Winkel der Kanäle 68 ausgerichtet und ist somit kleiner als der optimal wirksame. Die Fehlausrichtung zwischen den Winkeln B₂ ^un<* ^ßi könnte nun verkleinert werden durch Vergrößerung des absoluten Gasgeschwindigkeitsvektors 82, durch Vergrößerung des Winkelst der Düsen 64, durch. Verkleinerung der Geschwindigkeit der umlaufenden Scheibe 43 und somit durch Verkleinerung der Länge des Vektors 84 oder durch Veränderung .des Winkels ß₂ der Achsen der Innenkanäle 6.8.- . .· . --..-· -.-.-.

In Figur 4 ist die Druckverstärkung gezeigt, die als das Verhältnis des Druckes in den Schlitzen 46 zu dem Druck in dein Spalt 65 (Figur 2) über der Winkelfehlausrichtung zwischen dem Winkel R₁. des resultierenden Gasgeschwindigkeitsvektors 86 und dem Winkel ß, der Achsen der Innenkanäle 68 (ß, - ß..) definiert ist. Wenn die Winkelfehlausrichtung in dem einem Ausführungsbeispiel null ist (ß- - B₁ =0), dann erreicht das Druckverhältnis einen Spitzenwert von 1,08. Das bedeutet, daß eine Druckerhöhung von 8 % in den Schlitzen 66, den Innenkanälen 68 und den Kühlkanälen 70 in den Turbinenschaufeln 42 erhalten wird im Vergleich zu dem Druck im Spalt 65, der, wie oben ausgeführt wurde, etwa gleich dem die Leitschaufeln 44 verlassenden Gasdruck ist. Somit wird eine sichere Kühlluftströmung durch die Kühlkanäle 70 erreicht. Wenn die Winkelfehläusriciitung von null bis zu einem maximalen Winkel zunimmt", wie es' in Figur 4 durch die maximalen Winkel von + 10° dargestellt ist, fällt die Druckverstärkung in den Schlitzen 66 von 8 % auf null ab (s. Figur 4). Für eine angemessene Kühlung in einem Ausführungsbeispiel war eine Druckverstärkung von etwa 4 % er-

forderlich. Dadurch sind die Grenzen der Winkelfehlausrichtμng zwischen etwa +· 6,5° festgelegt. Die exakten Zahlen für die Druckverstärkung und Winkelfehlausrichtung in der vorstehenden Beschreibung sind nur beispielhaft und in keiner Weise einschränkend. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Bereich der Winkelfehlausrichtung, üfc?er dem irgendeine Druckverstärkung erhalten wird, größer oder kleiner als + 10° und der Winkelbereich für ein ausreichendes Leistungsvermögen anders als +6,5 sein. Für ein Ausführungsbeispiel wurde, eine Spitzendruckverstärkung mit einer Richtung oc ₁ der Luftinjektordüsen 6 4 bei 19 in bezug auf die Linien parallel zur Achse 4er umlaufenden Scheibe 43 erhalten.

Es sei bemerkt, daß der resultierende Gasgeschwin^igkeitswinkel ß. relativ unabhängig von Abweichungen der Turbiftendrehz^hl ist, wenn die die Luftinjektordüsen 64 verlassende Luft mit etwa einfacher Schallgeschwindigkeit bzw. Mach 1 strömt, Dies lie,gt daran, daß der absolute GasgeschwindigHei^svektftir gg _und ß^_r tangential^ Schlitzgeschwindigkeitsvektor 84 (s^ Figur 3) bei-de umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Turbineneinlaßtemperatur sind, die ihrerseits zur Turbinendrehzahl in Beziehung steht. Somit ist ein fester Winkel oC-, der Luftinjektordüsen 64 in bezug auf die Achse der Hochdruckturbine 4Q über einen weiten Betriebsbereich zufriedenstellend.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wurde weiterhin gefunden« daß die Breites des Spaltes 65 zwischen den Luftinjektordüsen 64 und den Schlitzen 66 für eine maxiamle Druckverstärkung möglichst klein sein sollte. In Figur 5 ist nun eine Einrichtung zum Verkleinern dieser Breite gezeigt. Ein radialer Flansch 88 mit einer Reihe versenkter Löcher 90 darin befestigt mehrere Diesen 9 2 (von denen nur eine gezeigt ist), die sich von dem radialen Flansch 88 nach vorne erstrecken in Richtung auf die Schlitze 66 und dadurch die Breite des Spaltes 65' verkleinern.

In Figur 6 sind Düsen 92 vergrößert dargestellt. Die Düse 92 enthält einen Kopf 94, der eine Ausstülpung bildet, die in einem Gegenbohrungsabschnitt 96 der versenkten Löcher 90 aufgenommen ist. Ein hohler Abschnitt 9 8 des Kopfes 94 hat einen Durchmesser, der wesentlich größer als der Durchmesser des Kanales 60 ist, der Luft aus der Kammer 36 zuführt. Ein relativer schmaler Strömungsbeqrenzungskanal 100 führt von dem hohlen Abschnitt 98 axial in einen axialen Kanal 102. Die Größe und Längen des Kanales 60, des hohlen Abschnittes 98, des Strömungsbegrenzungskanals 100 und des axialen Kanals 102 können eingestellt werden, um den richtigen Strömungsdurchsatz und Luftgeschwindigkeit an dem Ring 104 der Düsen 92 auszubilden. In diesem Ausführungsbeispiel hat der hohle Abschnitt 98 die gleiche Funk~ tion, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 durch die Zwischenkammer 62 ausgeübt wird. Obwohl die Achsen des Kanales 60 und des Strömungsbegrenzungskanals 100 fluchtend gezeigt sind, kann ein erhöhter Strömungswiderstand erreicht werden, indem die Elemente nicht fluchtend angeordnet werden, so daß die aus der Kamemr 36 ausströmende Luft um Ecken herumströmen muß, bevor sie den Strömungsbegrenzungskanal 100 erreicht.

Die Düsen 92 können entweder ein Satz diskreter, im wesentlicher zylindrischer Düsen oder Teil eines Kreisringes sein, in dem entsprechende Bohrungen ausgebildet sind. Die letztgenannte Alternative ist in Figur 6 dargestellt, in der Düsen 92 in einem Ring 104 tangential beabstandet sind.

In Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, in dem ein Teilflansch 106 eine Anschlagstufe 108 bildet. Eine kuppeiförmige Ringstruktur 110 weist einen ersten Ringflansch 112 auf, der dahinter angeordnet ist und durch die Anschlagstufe 108 eingeschlossen ist. Ein zweiter Flansch 114 ist durch beliebige Mittel befestigt, beispielsweise durch eine Reihe von Nieten 116.

Ein innerer Hohlraum 117 in der kuppelförmigen Ringstruktur HG empfängt Luft aus dem Kanal 60 und liefert Luft an eine Strömungsdüse 118, die daraufhin eine Kühlluftströmung über den

Spalt 65'' hinweg in die Innenkanäle 68 richtet. Wie in den vorhergehenden Beispielen sind die relativen Größen und Lagen 4es Kanals 60, des Hohlraums 117 und der Düsen 118 für eine zufriedenstellende Druckverstärkung in den Innenkanälen 6 8 gewählt.

In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein radialer Flansch 120 einen Hohlraum aufweist, der Kühlluft aus der Kammer 36 über den Kanal 60 und mehrere Düsenbohrungen 124 empfängt. Um die Strömungsverteilung der Kühlluft über den Spalt 65'" einzustellen, ist ein Ringkanal 126 in der Stirnfläche des radialen Flansches 120 vorgesehen.

Eine Draufsicht des radialen Flansches 120 ist in F|gur 10 gezeigt, wobei die Düsenbohrungen 124 in dem Boden des Ringkanales 126 tangential beabstandet gezeigt sind.

Leerseite

Claims

Ansprüche

/ 1y Gasturbinentriebwerk mit einer Druckluftquelle, einer Ver- ^-^ brennungskammer, in der Brennstoff mit der Druckluft zur Er= ^j λ zeugüng· einer schnellen Strömung von heißem Gas verbrannt * wird/ einer Turbine, die durch das heiße Gas zur Betätigung der" Druckluftquelle angetrieben ist und die eine drehbare Scheibe mit wenigstens einer Reihe Turbinenschaufeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe (43) und die Turbinenschaufeln (42) von benachbarten feststehenden Abschnitten des Triebwerkes durch einen Spalt (65) beabstandet sind, jede Turbinenschaufel (42) ■ einen Kanal (68) für die Kühlluftströmung aufweist, eine kreisförmige Reihe beabstandeter Schlitze (66) auf den Spalt

gerichtet
(65)/und mit den Kanälen (68) in den Turbinenschaufeln (42) verbunden sind, mehrere im Abstand angeordnete Düsen (64) in einem Kreis auf den feststehenden Teilen auf die Schlitze (66) gerichtet sind, Mittel zum Zuführen der Druckluft zu den Düsen (64) vorgesehen sind und die Düsen (64) Mittel aufweisen zum Drücken von Druckluft in die Schlitze (66) bei einem ersten Druck, der wesentlich höher als ein zweiter Druck in dem Spalt (65) ist, wodurch die Luft in eine Strömung durch die Kanäle (68) zur Kühlung der Turbinenachaufein gezwungen ist.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drücken der Luft in die Schlitze (66) die Düsen (64) derart im Winkel angeordnet sind, daß die Luft auf die Schlitze (6,6) unter einem vorbestimmten Winkel in bezug auf eine Achqe der Kanäle (68) aufprallt.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der vorbestimmte Winkel zwi-

■ sehen etwa -10 und etwa +10 liegt.
4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Zuführen der Druckluft einen Durchlaß (60) zwischen der Druckluftquelle und jeder Düse (64) umfassen.
5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ι daß die Mittel ζμη\ Z^führ^ep von

(62) ih d phl

Druckluft eine Zwischenkammer (62) zwischen d^m

(60) und den Düsen (64) umfassen, wobei der Durchlaß (60) und die Zwischenkammer (6 2) einen Parameter der Druckluft verändern.
6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Düse (64) ein diskretes Rohr ist, das sich teilweise über den Spalt (65) in Richtung auf die Schlitze (66) erstreckt.
7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (64) gebohrte Löcher in einer Platte umfassen.
8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Drücken von Druckluft in die Schlitze (66) einen ringförmigen Kanal in einer Oberfläche der auf die Schlitze gerichteten Platte umfassen, wobei die Düsen (64) in dem ringförmigen Kanal

- 3 angeordnet sind.
9. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (64) in einer ringförmigen Struktur angeordnet sind.
10. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Struktur einen im wesentlichen kuppeiförmigen Querschnitt besitzt.

r*
11. Luftinjektorverwendung in einem Gasturbinentriebwerk mit einer Turbine, die durch heiße Verbrennungsgase angetrieben ist„ und einem Verdichter, der durch die Turbine angetrieben ist zur Erzeugung von Druckluft in einer Kammer, die eine Verbrennungskammer umgibt, in der Brennstoff mit der Druckluft zur Erzeugung von Gas verbrannt wird, wobei die Turbine eine drehbare Scheibe mit mehreren Turbinenschaufeln aufweist, auf die das heiße Gas zum Antrieb der Turbine aufprallt und die einen Innenkanal zum Durchtritt von Kühlgas aufweisen, und wobei die drehbare Scheibe und die Turbinenschaufeln von feststehenden Teilen des Triebwerkes durch einai Spalt beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreisförmige Reihe von Schlitzen in der Scheibe auf den Spalt gerichtet ist, die Schlitze eine Strömungsmittelverbindung mit den Innenkanälen bilden, mehrere Düsen in einem Kreis auf den feststehenden Teilen auf die kreisförmige Reihe der Schlitze gerichtet sind, wobei die Schlitze an den Öffnungen in den Düsen vorbei gedreht werden, eine Zwischenkammer vorgesehen ist, mehrere Kanäle von der Kammer zu der Zwischenkammer eine Strömungsverbindung für die Druckluft mit der Zwischenkammer herstellen, die Düsen Druckluft von der Zwischenkammer empfangen und eine Luftströmung auf die Schlitze richten, die auf der Scheibe daran vorbeigedreht werden, die Achsen der Schlitze in einem Winkel in Jaezug auf eine Achse der Innenkanäle angeordnet sind, so daß die Luftströmung von jeder Düse auf die Schlitze unter einem vorbestimmten -Winkel in bezug auf die Innenkanäle aufprallt, und die LuftstrÖme einen

ersten Druck in den Innenkanälen erzeugen, der größer als ein zweiter Druck in dem Spalt ist.