DE3602644A1

DE3602644A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3602644A1
Application number: DE19863602644
Authority: DE
Inventors: John Leslie Littleover Derby Winter
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1986-08-14
Also published as: GB2170867B; DE3602644C2; GB2170867A; US4702670A; JPS61197702A; FR2577280A1

Description

Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf das Ausblasen von Kühlluft aus gekühlten Bauteilen des Triebwerks. Die ausgeblasene Kühlluft befindet sich auf einer erhöhten Temperatur, da sie beim Durchtritt durch die zu kühlenden Bauteile aufgeheizt worden ist, und es ist wichtig, daß diese Luft in den Triebwerkshauptgasstrom eingeblasen wird, ohne daß nachteilige Einflüsse auf das Triebwerksverhalten ausgeübt werden. So sollte hierdurch der spezifische Brennstoffverbrauch nicht erhöht und die Lebensdauer irgend eines Bauteils nicht vermindert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, um die Kühlluft aus einem gekühlten Bauteil so abzublasen, daß die abgeblasene Kühlluft eine weitere Kühl- und Dichtungsfunktion ausübt.

Gemäß der Erfindung wird ein Gasturbinentriebwerk geschaffen, welches eine ringsumlaufende Stufe von Statorschaufeln und eine ringsumlaufende Stufe stromab benachbarter Rotorschaufeln aufweist, die in einem Rotor angeordnet sind, wobei die Rotorschaufeln von einem Gehäuse umschlossen sind, das mit den Schaufeln einen radialen Zwischenraum bildet und jede Statorschaufel wenigstens eine Plattform aufweist. Dabei umfaßt erfindungsgemäß die Plattform zwei Lagen, die im Abstand zueinander liegen, um einen Kanal zum Durch· tritt von Kühlluft zu bilden, wobei das stromabwärtige

Ende des Kanales Mittel aufweist, um die ausgeblasene unter relativ hoher Temperatur stehende Luft von den stromabwärtigen Rotorschaufeln weg und in den Leckgasstrom zwischen den Rotorabschnitt, der die Plattform der Statorschaufel bildet und einen stationären Teil des Triebwerks einzublasen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die Statorschaufel von der Düsenleitschaufel des Gasturbinentriebwerks gebildet und die eine Plattform wird von der äußeren Plattform der Schaufel gebildet. Die Plattform umfaßt zwei Schichten, die durch Stege oder Rippen distanziert sind und einen Kühlluftströmungskanal bilden, durch den Luft strömt, die vom Kompressor des Triebwerks abgezapft ist. Das stromabwärtige Ende des Kanals ist so gestaltet, daß die Kühl luftströmung unter einem Winkel gegenüber der Plattformoberfläche derart ausgeblasen wird, daß die ausgeblasene Kühl luftströmung in den Zwischenraum zwischen den Rotorschaufeln und den Rotorschaufelgehäuse geblasen wird.

Die Erfindung kann auch auf die innere Schaufelplattform Anwendung finden und auch auf innere und äußere Plattform zugleich. Wenn die Erfindung bei der inneren Plattform Anwendung findet, dann kann die Kühlströmung so gerichtet werden, daß sie jeglicher Leckluftströmung entgegenwirkt, die durch die innere Dichtung zwischen dem stationären Aufbau und den rotierenden Bauteilen der Turbine hindurchlecken kann.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines

gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasturbinentriebwerks ;

Fig. 2 in einer Teilschnittansicht die Düsen-

leitschaufel und eine Hochdruckturbinenschaufel des Triebwerks nach Fig. 1;

Fig. 3 in einem Schnitt eine weitere Einzelheit der äußeren Abschnitte der Düsenleitschaufel und der Hochdruckturbinenschaufel gemäß Fig. 2;

Fig. 4 als weitere Einzelheit eine Schnittansicht der innen liegenden Abschnitte der Düsenleitschaufel und der Hochdruckturbinenschaufel nach Fig. 2.

Das in Figur 1 dargestellte Turbofan-Gasturbinentriebwerk ist von herkömmlicher Bauart und umfaßt einen Frontfan, Kompressoren, eine Brennkammer, eine Kompressorantriebsturbine und eine Fanantriebsturbine. Am Austritt der Brennkammer befindet sich eine ringsumlaufende Stufe von Düsenleitschaufeln 12 und eine benachbarte ringsumlaufende Stufe von Hochdruckturbinenschaufeln 14.

Gemäß Fig. 2 haben die Düsenleitschaufeln eine innere Schaufelplattform 16 und eine äußere Schaufelplattform 18, die durch das Schaufelblatt 20 verbunden sind. Die Schaufeln sind zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse 22 bzw. 24 festgelegt, wobei das äußere Gehäuse 24 mit einem Turbinengehäuse 26 verbunden ist. Das Gehäuse 26 umfaßt eine segmentartig ausgebildete Abschirmung 28, die mit Rippen 30 des äußeren Schaufelrings 32 jeder Schaufel 14 zusammenwirkt. Die Rippen 30 und die segmentierte Abschirmung bilden eine Dichtung für den Zwischenraum zwischen dem Schaufelring und dem Triebwerksgehäuse. Die Schaufel 14 besitzt einen Schaufelfuß 34 mit ringförmig verlaufenden Dichtungsrippen 36, die mit einem Teil des Innengehäuses 23 zusammenwirken, um eine Leckströmung von Luft in den Gasstrom hinein zu verhindern. Die Schaufeln empfangen die Strömung heißer Gase aus der Brennkammer, damit sich diese in der Hochdruckturbine entspannen können und sie arbeiten infolgedessen unter sehr hohen Temperaturen. Um das Material der Schaufeln auf einer annehmbaren Temperatur zu halten, werden die meisten Teile der Schaufel einschließlich der Plattformen durch eine Luftströmung gekühlt, die vom Kompressor des Triebwerks abgezapft wird. Diese Kühlluft tritt durch Kanäle hindurch, die im Inneren der Schaufel angeordnet sind und die Luft wird mit hoher Temperatur innerhalb des Triebwerks abgelassen .

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Der stromabwärtige Abschnitt der äußeren Plattform 18 ist mit

einer Haut 38 versehen, die an der äußeren Plattform befestigt und von der Plattform 18 durch Stege 40 distanziert ist. Die Haut 38 und die Plattform 18 definieren somit einen Kanal zum Durchfluß der Luft, die vom Triebwerkskompressor abgezogen wird, um die äußere Plattform zu kühlen. Die Kühlluft wird von der Plattform 18 über eine Reihe in Umfangsrichtung angeordneter Schlitze 42 auf die Abschirmung 28 und in den Zwischenraum zwischen der Abschirmung 28 und den Schaufelring 32 ausgeblasen. Die ausgeblasene Kühlluft ist, obgleich sie eine relativ hohe Temperatur besitzt, immer noch kühl genug, um eine gewisse Kühlwirkung auf die Abschirmung 38 auszuüben. Die Strömung der ausgeblasenen Kühlluft durch den Zwischenraum trägt dazu bei, einen Leckstrom des Hauptgasstromes durch den Zwischen raum zu verhindern.

Die Erfindung kann in ähnlicher Weise auch für die innere Plattform 16 angewendet werden. In diesem Fall besitzt die Plattform eine Haut 44, die mit der Plattform zusammen einen Kanal für den Durchfluß der Kühlluft bildet. Die Kühlluft wird über eine Reihe von Öffnungen 46 in die Strömung eingeblasen, die an den Dichtrippen 36 vorbeiströmt, wie diese durch die strichlierte Linie und die Pfeile angedeutet ist.

Die ausgeblasene Kühlluft vermischt sich mit der Leckströmung und vermindert die Leckströmung, und hierdurch werden die Nachteile vermindert, die durch die

Leckströmung verursacht werden, die in den Hauptgasstrom einfließt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung benutzt Kühlluft, die aus den Düsenleitschaufein ausgeblasen wird, um das Triebwerksgehäuse zu kühlen und um einen Luftleckstrom nach dem Gasstrom zu verhindern, und um einen Hauptgasleckstrom über die Rotorschaufelspitzen zu verhindern. Es hat sich gezeigt, daß die Temperatur des Gehäuses im Bereich der von der äußeren Plattform der Düsenleitschaufel ausgeblasenen Luft beträchtlich reduziert werden kann. Diese Temperaturverminderung ist eine Folge der kombinierten Wirkung der Kühlung durch die ausgeblasene Kühlluft und einer Reduktion der Leckströmung der relativ heißen Gase aus dem Heißgasstrom über die Spitzen der Rotorschaufeln.

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

Europäische Patentvertreter Dipl.-lng. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 29. Januar 1986

R°4^S-_b ^R°y" Limited unser Zeichen: 18 245 - K/A_P

Buckingham Gate ^v

London SW1E 6AT

England

Gasturbinentriebwerk

Patentansprüche:

Gasturbinentriebwerk mit einer umlaufenden Stufe von Statorschaufeln und einer umlaufenden Stufe von stromab benachbarten Rotorschaufeln, die von einem Rotor getragen werden, wobei die Rotorschaufeln von einem Gehäuse umschlossen sind und ein radialer Zwischenraum zwischen den Schaufeln und dem Gehäuse besteht und wobei jede Statorschaufel wenigstens eine Plattform aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die eine Plattform (18) zwei im Abstand zueinander liegende Lagen (18, 38) besitzt, die einen Kanal zum Durchtritt einer Kühlluftströmung bilden, und daß das stromabwärtige Ende des Kanales Mittel (42) aufweist, um die ausgeblasene auf relativ hoher Temperatur stehende Kühlluft von den stromabwärtigen Rotorschaufeln (14) weg und in die Leckströmung zwischen dem Rotorabschnitt (32) entsprechend der einen Plattform (18) der Statorschaufel (12) und einem stationären Abschnitt (28) des Triebwerks aufzublasen .
2. Triebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Statorschaufeln (12) von den Düsenleitschaufein gebildet werden und die Rotorschaufeln (14) die Schaufeln der Hochdruckturbine sind, daß der stationäre Teil (28) des Triebwerks das Gehäuse umfaßt und die eine Plattform (28) von der äußeren Plattform jeder Düsenleitschaufel gebildet wird, daß die Plattform (18) zwei Lagen (18, 38) umfaßt, die durch Stege (40) distanziert sind, um den Kühlluftströmungskanal zu bilden, und daß das stromabwärtige Ende des Kanals so gestaltet ist, daß die Kühlluft durch mehrere, in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze (42) unter einem Winkel auf die Oberfläche der Plattform (18) nach dem Gehäuse (28) ausgeblasen wird.
3. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft in den Leckgasstrom der Turbinenschaufeln (14) und des Gehäuses (28) eingeblasen wird.
4. Triebwerk nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Statorschaufel (12) eine äußere und eine innere Plattform (16,18) aufweist, daß jede Plattform (18) zwei Schichten (18, 38) besitzt, die im Abstand zueinander angeordnet sind, um einen Kanal zum Durchfluß der Kühlluft zu bilden, daß das stromabwärtige Ende des Kanals Mittel (42) aufweist, um die ausgeblasene

Kühlluft von den stromabwärtigen Rotorschaufeln (14) weg und in den Leckgasstrom über den Rotor (32) zu richten, entsprechend auf jede der Plattformen (18, 38) jeder Statorschaufel.