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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen Gasturbinentriebwerke und insbesondere
das Spülen von
vorderen oder hinteren Radhohlräumen
in den Turbinenbereichen dieser Triebwerke.
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Ein
zum Antrieb eines im Flug befindlichen Luftfahrzeugs verwendetes
Mantelstromtriebwerk mit großem
Nebenstromverhältnis
weist in der Regel einen Bläser,
einen Niederdruckverdichter oder Booster, einen Hochdruckverdichter,
eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine auf,
die axial durchströmt
werden. Ein Teil der in das Triebwerk eindringenden Luft durchströmt den Bläser, den
Booster und den Hochdruckverdichter und wird dabei nacheinander
von jeder Komponente mit Druck beaufschlagt. Die aus dem Hochdruckverdichter
strömende
verdichtete Luft, die üblicherweise
als Primär-
oder Kerngasstrom bezeichnet wird, gelangt dann in die Brennkammer,
in der sie mit Kraftstoff vermischt und verbrannt wird, um einen
hochenergetischen Gasstrom zu erzeugen. Vor dem Einströmen in die
Brennkammer wird jedoch ein Teil des Primär- oder Kernstroms abgeleitet,
um verschiedenen Hochtemperaturkomponenten, z. B. den in der Hochdruckturbine
enthaltenen Komponenten, als Kühlluftquelle
zu dienen. Nach dem Verlassen der Brennkammer expandiert der hochenergetische
Gasstrom in der Hochdruckturbine, in der ihm Energie zum Betrieb
des Hochdruckverdichters entzogen wird, der antriebsmäßig mit
der Hochdruckturbine verbunden ist. Der Primärgasstrom gelangt dann in die
Unterdruckturbine, in der er weiter expandiert, wobei ihm Energie
zum Betrieb des Bläsers
und des Boosters entzogen wird, die antriebsmäßig mit der Niederdruckturbine
verbunden sind. Der übrige
in das Triebwerk gelangende Luftstrom (nicht der Primärstrom) durchströmt den Bläser und
verlässt
das Triebwerk durch ein System, das ringförmige Röhrenleitungen und eine Strahlendüse umfasst,
wodurch ein Großteil des
Triebwerksschubs erzeugt wird.
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Die
Hochdruckturbine besteht in der Regel aus einer oder zwei Stufen,
während
die Niederdruckturbine für
gewöhnlich
eine größere Anzahl
von Stufen aufweist. Jede Stufe weist im Allgemeinen einen Rotor
und einen Stator auf. Der Rotor umfasst ein Laufrad, das sich um
die Mittelachse des Triebwerks dreht und eine Vielzahl von Schaufeln
trägt, die
radial in den Primärgasstrom
hineinragen. Der Stator weist eine Reihe aus ortsfesten Leitschaufeln auf,
die den Primärgasstrom
derart leiten, dass die Rotorschaufeln Arbeit verrichten können. In
einer mehrstufigen Turbine sind die Schaufeln einer Stufe unmittelbar
stromabwärts
von den Leitschaufeln dieser Stufe angeordnet, und die Leitschaufeln
der nächsten
Stufe sind unmittelbar stromabwärts
von den Schaufeln der vorigen Stufe angeordnet. Gegenlauftriebwerke
(d. h. Triebwerke, in denen die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine
in entgegengesetzte Richtungen drehen) weisen zwischen dem Hochdruckrotor
der letzten Stufe und dem Niederdruckrotor der ersten Stufe in der
Regel keine Leitschaufelstufe auf.
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Für gewöhnlich werden
rotierende Labyrinthdichtungen in Hochdruck- und Niederdruckturbinen eingesetzt,
um die oben erwähnte
Kühlluft
vom Primärgasstrom
abzusperren. Eine rotierende Labyrinthdichtung besteht aus einer
Anzahl von dünnen, zahnartigen
Vorsprüngen,
die radial von einem rotierenden Triebwerksteil abstehen, wobei
deren freie Enden so angeordnet sind, dass sie sich in Dichtungseingriff
mit einem ortsfesten Triebwerksteil oder einem Triebwerksteil befinden,
das sich in entgegengesetzter Richtung dreht. Da jedoch die für gewöhnlich als
Radhohlräume
bezeichneten Bereiche vor und hinter den Laufrädern mit dem Primärgasstrom
in Strömungsver bindung
stehen, muss ein Kühlluftstrom
in die Hohlräume
strömen,
um die Hohlräume zu
spülen
und das Eindringen von Heißgas
zu verhindern. Wird ein angemessener Spülstrom nicht aufrechterhalten,
kann dies eine deutlich verringerte Lebensdauer der angrenzenden
Komponenten zur Folge haben.
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Zur
Versorgung der Radhohlräume
mit Spülluft
sind konventionelle Triebwerke auf die Leckageströmung durch
die Labyrinthdichtungen und die Nutzung von Luftbohrungen in benachbarten
Triebwerksteilen angewiesen. Die mit den Luftbohrungen verbundenen
Spannungskonzentrationen schaffen jedoch das Potenzial für Rissbildungen
an rotierenden Triebwerksteilen und für deren vorzeitigen Ausfall. Auch
die zum Ausbilden der Luftbohrungen erforderliche Bearbeitung erhöht schrittweise
die zur Fertigung der Teile anfallenden Kosten.
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Das
Dokument EP-A-0 856 641 beschreibt einen Turbinenrotor, der ein
Laufrad mit einer Schwalbenschwanznut aufweist, in die eine Schaufel eingesetzt
ist. Es wird ein Kühlsystem
beschrieben, das zum Kühlen
der Plattform für
die an der Peripherie des Turbinenrotors befestigten Turbinenschaufeln dient.
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Es
besteht demgemäß ein Bedarf
an Mitteln für
das zweckmäßige Spülen der
Radhohlräume
eines Turbinenabschnitts ohne die Nutzung von Luftbohrungen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Turbinenrotor mit einem diesen durchströmenden Primärgasstrom
und einem an diesen angrenzenden Radhohlraum (52) bereitgestellt,
der mit dem Primärgasstrom
in Strömungsverbindung
steht, wobei der Turbinenrotor (40) Folgendes umfasst:
ein
um eine Mittelachse drehbares Laufrad mit einer Vielzahl von umlaufend
im Wechsel angeordneten Schwalbenschwanznuten und Scheibenstegen
(64) an seiner Peripherie;
eine Vielzahl von Schaufeln,
wobei jede dieser Schaufeln einen in einer entsprechenden der Schwalbenschwanznuten
steckenden Tannenbaumfuß und
einen Schaftbereich oberhalb des Tannenbaumfußes aufweist;
eine Vielzahl
von in axialer Richtung angeordneten Plenumkammern, die von den
Schwalbenschwanznuten und den Tannenbaumfüßen definiert werden, wobei
die in axialer Richtung angeordneten Plenumkammern während des
Betriebs der Turbine Kühlluft aufnehmen
und in Strömungsverbindung
mit den internen Kühlkanälen stehen;
und
einen am Laufrad befestigten Haltering dessen Außenkante
Kontakt zu den Schaufeln und den Scheibenstegen hat, dadurch gekennzeichnet,
dass der Haltering ferner Folgendes umfasst:
Spülschlitze
zum Leiten von Luft von der Vielzahl der in axialer Richtung angeordneten
Plenumkammern in den Radhohlraum.
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Zum
Spülen
eines Radhohlraums in einem Gasturbinentriebwerk wird außerdem ein
Verfahren bereitgestellt, das die in Anspruch 7 dargelegten Verfahrensschritte
beinhaltet.
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Die
vorliegende Erfindung und ihre Vorteile gegenüber dem Stand der Technik werden
beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche sowie unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen verständlich.
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1 ist
ein Teilquerschnitt in axialer Richtung durch ein Gasturbinentriebwerk,
welches das System der vorliegenden Erfindung zum Spülen von Radhohlräumen enthält.
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2 ist
eine detaillierte Querschnittansicht der Niederdruckturbine des
Gasturbinentriebwerks aus 1.
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3 ist
eine vom vorderen zum hinteren Ende gerichtete Teilansicht der Niederdruckturbine.
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4 ist
eine vom vorderen zum hinteren Ende gerichtete Teilansicht einer
Niederdruckturbine, die eine alternative Ausführungsform eines Radhohlraum-Spülsystems
darstellt.
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5 ist
eine detaillierte Querschnittansicht einer Niederdruckturbine, die
eine andere alternative Ausführungsform
eines Radhohlraum-Spülsystems darstellt.
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Von
den Zeichnungen, in denen identische Referenznummern in den verschiedenen
Ansichten dieselben Elemente bezeichnen, stellt 1 einen Bereich
eines Gasturbinentriebwerks 10 mit einer Brennkammer 12,
einer Hochdruckturbine 14 und einer gegenläufigen Niederdruckturbine 16 dar,
die entlang einer longitudinalen Mittelachse 17 axial in Strömungsrichtung
zueinander angeordnet sind. Die Hochdruckturbine 14 ist
antriebsmäßig mit
einem konventionellen Hochdruckverdichter (nicht dargestellt) verbunden,
und die Niederdruckturbine 16 ist antriebsmäßig mit
einem konventionellen Booster und Bläser (nicht dargestellt) verbunden.
Obwohl ein Gegenlauftriebwerk als Beispiel dient, um die Darlegung
des erfinde rischen Konzepts der vorliegenden Erfindung zu erleichtern,
sollte nachvollziehbar sein, dass sich die vorliegende Erfindung
auf ein beliebiges Gasturbinentriebwerk anwenden lässt, das
zu spülende
Radhohlräume
enthält.
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Die
Hochdruckturbine 14 ist eine einstufige Turbine, die einen
Stator 18 mit einer Vielzahl von Leitschaufeln 20 (in 1 ist
nur eine dargestellt) und einen hinter dem Stator 18 angeordneten
Rotor 22 aufweist. Der Rotor 22 weist ein sich
um die Mittelachse 17 drehendes Laufrad 24, eine
Vielzahl von Turbinenschaufeln 26 (in 1 ist
nur eine dargestellt), die vom Laufrad 24 radial nach außen abstehen,
einen vorderen Haltering 28 und einen hinteren Haltering 30 auf.
Der vordere Haltering 28 ist ein im Wesentlichen ringförmiges Glied,
das auf bekannte Weise derart am Laufrad 24 befestigt ist,
dass die Schaufeln 26 daran gehindert werden, sich axial
in Vorwärtsrichtung
zu bewegen. Gleichermaßen
ist der hintere Haltering 30 ein ringförmiges Glied, das die Schaufeln 26 daran
hindert, sich axial in Rückwärtsrichtung
zu bewegen. Eine rotierende Labyrinthdichtung 32 ist zwischen
dem vorderen Haltering 28 und der ortsfesten Tragestruktur 34 des
Hochdruckstators 18 angeordnet, um zu verhindern, dass
Kühlluft, die
aus einer Quelle wie dem Hochdruckverdichter des Triebwerks entwichen
ist, unerwünscht
in einen Radhohlraum 36 strömt, der sich zwischen dem Rotor 22 und
dem Stator 18 befindet und in Strömungsverbindung mit dem Primärgasstrom
steht. Der vordere Haltering 28 und das Laufrad 24 bilden
eine Plenumkammer 38, in die Kühlluft geleitet wird. Diese Kühlluft dient
sowohl einem nachfolgend beschriebenen Zweck als auch zum Kühlen der
Schaufeln 26 auf konventionelle Weise.
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Die
Niederdruckturbine 16 ist eine mehrstufige Turbine mit
einer ersten Stufe, die einen Rotor 40 umfasst, der unmittelbar
hinter dem Hochdruckrotor 22 angeordnet ist und sich im
Vergleich zu diesem in die entgegengesetzte Richtung dreht. Der
Niederdruckrotor 40 weist ein sich um die Mittelachse 17 drehendes
Laufrad 42, eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 44 (in 1 ist
nur eine dargestellt), die vom Laufrad 42 radial nach außen abstehen,
einen vorderen Haltering 46 und einen hinteren Haltering 48 auf.
Der vordere Haltering 46 ist ein ringförmiges Glied, das auf bekannte
Weise derart am Laufrad 42 befestigt ist, dass die Schaufeln 44 daran
gehindert werden, sich axial in Vorwärtsrichtung zu bewegen. Gleichermaßen ist
der hintere Haltering 48 ein ringförmiges Glied, das die Schaufeln 44 daran
hindert, sich axial in Rückwärtsrichtung
zu bewegen. Eine rotierende Labyrinthdichtung 50 ist zwischen
dem vorderen Haltering 46 und dem entgegengesetzt drehenden
Hochdruckrotor 22 angeordnet, um das unerwünschte Einströmen von
Kühlluft
in einen Radhohlraum 52 zu verhindern, der sich zwischen
dem Hochdruckrotor 22 und dem Niederdruckrotor 40 der
ersten Stufe befindet und in Strömungsverbindung
mit dem Primärgasstrom
steht. Der vordere Haltering 46 und das Laufrad 42 bilden
eine Plenumkammer 54, in die Kühlluft geleitet wird. Diese
Kühlluft
dient sowohl einem nachfolgend beschriebenen Zweck als auch zum
Kühlen
der Schaufeln 44 auf konventionelle Weise. Die Niederdruckturbine 16 enthält ferner nachfolgende
Stufen, die jeweils einen Stator 56 mit einer Vielzahl
von Leitschaufeln 58 (in 1 ist nur eine
dargestellt) und einen Rotor 60 aufweisen, der hinter dem
Stator 56 angeordnet und antriebsmäßig mit dem Niederdruckrotor 40 der
ersten Stufe verbunden ist.
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In
den 2 und 3 wird die der vorliegenden
Erfindung entsprechende Anordnung zum Spülen von Radhohlräumen unter
Bezugnahme auf den Niederdruckrotor 40 der ersten Stufe
detailliert dargestellt. Es sollte jedoch nachvollziehbar sein, dass
sich die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf andere Teile des Triebwerks 10 anwenden
lässt, wie
z. B. auf den Hochdruckrotor 22. Wie oben beschrieben,
weist der Niederdruckrotor 40 ein Laufrad 42 mit
einer Vielzahl von Turbinenschaufeln 44 auf, die von diesem
radial nach außen
abstehen. Das Laufrad 42 weist eine Vielzahl von umlaufend
im Wechsel angeordneten Schwalbenschwanznuten 62 und Scheibenstege 64 auf,
wobei jede Nut 62 von angrenzenden Scheibenstegen 64 gebildet
wird, die an seiner Peripherie 66 angeordnet sind. Jede
Schwalbenschwanznut 62 nimmt einen entsprechenden Tannenbaumfuß 68 von
einer der Schaufeln 44 auf. Die Schwalbenschwannuten 62 und
die Tannenbaumfüße 68 werden
mit der so genannten Tannenform dargestellt, obwohl andere, dem
Stand der Technik entsprechende Formen des Zusammenschlusses zwischen
Schaufel und Laufrad verwendet werden können. Die Schaufeln 44 sind
axial in die axial verlaufenden Schwalbenschwanznuten 62 eingebracht.
Auf Grund der komplementären
Zusammenschlusskonfigurationen der Schwalbenschwanznuten 62 und
der Tannenbaumfüße 68 werden
die Schaufeln 44 radial im Laufrad 42 gehalten.
Zusätzlich
zu dem Tannenbaumfuß 68 weist
jede Schaufel 44 oberhalb des Tannenbaumfußes 68 einen
Schaftbereich 70, eine am äußeren Ende des Schaftbereichs
befestigte plattenartige Plattform 72 und einen Schaufelblattbereich 74 auf,
der sich radial von der Plattform 72 nach außen und
in den Primärgasstrom erstreckt.
Die Schaufelplattformen 72 von angrenzenden Schaufeln 44 stoßen so aneinander,
dass sie eine radiale innere Begrenzung des Primärgasstroms bilden.
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Am
vorderen Haltering 46 ist ein radial abstehender, ringförmiger Flansch 76 ausgebildet,
um in eine radial abstehende Schulter 78 einzugreifen,
die auf der nach vorn zeigenden Fläche des Laufrads 42 ausgebildet
ist. Der Eingriff des Flansches 76 in die Schulter 78 sichert
den vorderen Haltering 46 am Laufrad 42. Die Außenkante 80 des
vorderen Halterings 46 stößt an die nach vorn zeigende
Fläche
jedes Tannenbaumfußes 68 und
Scheibenstegs 64, sodass die Schaufeln 44 daran
gehindert werden, sich axial in Vorwärtsrichtung zu bewegen. Das
Laufrad 42 ist mit einem hinter der Schulter 78 befindlichen
zurückgestutzten
Bereich 82 ausgeführt,
der die Böden
der Schwalbenschwanznuten 62 schneidet und dadurch die
Strömungsverbindung
zwischen der Plenumkammer 54 und jeder der Vielzahl von axial
verlaufenden Plenumkammern 84 herstellt, die von den Böden der
Schwalbenschwanznuten 62 des Laufrads und der radialen
Innenfläche 86 der
Tannenbaumfüße 68 der
Schaufel gebildet werden.
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Jede
Schaufel 44 weist einen im Wesentlichen radial verlaufenden
Spülungsschlitz 88 auf,
der in ihrer nach vorn zeigenden Fläche ausgebildet ist, wobei
die Spülungsschlitze 88 dem
vorderen Haltering 46 gegenüberliegen. Genauer gesagt ist
jeder Spülschlitz 88 in
der nach vorn zeigenden Fläche
des Tannenbaumfußes 68 und
des Schaftbereichs 70 der entsprechenden Schaufel 44 ausgebildet.
Ein erstes Ende jedes Spülschlitzes 88 befindet
sich an der radialen Innenfläche 86 des
Tannenbaumfußes 68 (oder
zumindest an einem Punkt, der zur Außenkante 80 des vorderen
Halterings 46 radial nach innen liegt) und steht in Strömungsverbindung
mit einer entsprechenden der Plenumkammern 84. Das zweite
Ende jedes Spülschlitzes 88 befindet
sich an einem Punkt auf der nach vorn zeigenden Fläche des
Schaftbereichs 70, der radial außerhalb der Außenkante 80 liegt
und steht in Strömungsverbindung
mit dem Radhohlraum 52, der sich zwischen dem Hochdruckrotor 22 und
dem Niederdruckrotor 40 der ersten Stufe befindet. Demgemäß kreuzen
die Spülschlitze 88 radial die
Außenkante 80 des
vorderen Halterings 46 und stellen die Strömungsverbindung
zwischen den Plenumkammern 84 und dem Radhohlraum 52 her.
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Während des
Betriebs des Triebwerks 10 wird aus einer Quelle, zu welcher
nicht ausschließlich der
Hochdruckverdichter des Triebwerks 10 gehören kann,
Kühlluft
auf konventionelle Weise zur Plenumkammer 54 geleitet.
Aus der Plenumkammer 54 strömt Kühlluft radial nach außen in die
axial verlaufenden Plenumkammern 84. Dem Stand der Technik entspricht,
dass ein Teil der in jede Plenumkammer 84 einströmenden Kühlluft zum
Kühlen
der Schaufel 44 in interne Kühlkanäle (nicht dargestellt) der
entsprechenden Schaufel 44 geleitet wird. Ein anderer Teil
der Kühlluft
strömt
durch den entsprechenden Spülschlitz 88 in
den Radhohlraum 52. Da die Kühlluft an diesem Punkt mit
einem höheren
Druck beaufschlagt ist als der Primärgasstrom, strömt sie aus dem
Radhohlraum 52 in den Primärgasstrom. Infolgedessen verbindet
sich der die Spülschlitze 88 durchströmende Luftstrom
mit der Leckageströmung entlang
der Labyrinthdichtung 50, um den Radhohlraum 52 zu
spülen
und das Einströmen
von Heißgas zu
verhindern.
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Die
durch alle Spülschlitze 88 hindurchtretende
Gesamtströmungsmenge
sollte ausreichen, um den Radhohlraum 52 adäquat zu
spülen,
aber nicht größer als
nötig sein,
da sich ein exzessiver Spülstrom
nachteilig auf die Gesamttriebwerksleistung auswirken würde. Folglich
sind die Spülschlitze 88 so
dimensioniert, dass eine zweckmäßig Spülstromrate
sichergestellt ist. In der Regel weisen die Spülschlitze 88 eine
Tiefe von ungefähr
1,27–2,54 mm
(50–100
mils) auf. Die Spülschlitze
sind vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, als Teil des Schaufelgussteils
ausgebildet, um zusätzliche
Bearbeitungsoperationen zu vermeiden.
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Es
gilt zu beachten, dass nicht jede Schaufel 44 notwendigerweise
mit einem Spülschlitz 88 versehen
sein muss. Beispielsweise kann jede andere Schaufel 44 mit
einem Schlitz versehen werden, solange die Spülschlitze 88 so dimensioniert sind,
dass sie einen ausreichenden Spülstrom
in den Radhohlraum ermöglichen.
Wird jedoch jede Schaufel 44 mit einem Spülschlitz 88 versehen,
ist nur eine Schaufelkonfiguration (d. h. eine mit Schlitzen versehene)
zur Fertigstellung des Rotors 40 erforderlich.
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Wie
in 3 dargestellt, werden die Spülschlitze 88 vorzugsweise
in einem Winkel zu einem von der Mittelachse 17 gezeichneten
Radius angeordnet. Werden die Spülschlitze 88 in
einem Winkel umlaufend in Drehrichtung des Rotors 40 angeordnet,
wird die aus den Spülschlitzen 88 austretende Kühlluft verwirbelt,
was die durch Gasreibung bewirkte Wärmeaufnahme im Radhohlraum 52 reduziert, und
zum Hochdruckrotor 22 zurückgedrängt.
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In 4 ist
eine alternative Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Fall sind keine Schlitze
in den Schaufeln 44 ausgebildet, sondern jeder Scheibensteg 64 weist
einen im Wesentlichen radial verlaufenden Spülschlitz 188 auf,
der in seiner nach vorn zeigenden Fläche ausgebildet ist und dem
vorderen Haltering 46 gegenüberliegt. Ein erstes Ende jedes
Spülschlitzes 188 befindet
sich an einem Punkt, der zur Außenkante 80 des vorderen
Halterings 46 radial nach innen liegt und an die benachbarte
Schwalbenschwanznut 62 grenzt, sodass es in Strömungsverbindung
mit einer entsprechenden der Plenumkammern 84 steht. Das zweite
Ende jedes Spülschlitzes 188 ist
zur Außenkante 80 radial
nach außen
(vorzugsweise an der Laufradperipherie 66) angeordnet und
steht in Strömungsverbindung
mit dem Radhohlraum 52. Demgemäß kreuzen die Spülschlitze 188 radial
die Außenkante 80 des
vorderen Halterings 46 und stellen die Strömungsverbindung
zwischen den Plenumkammern 84 und dem Radhohlraum 52 her.
Wie in der ersten Ausführungsform
sind die Spülschlitze 188 vorzugsweise
in einem Winkel umlaufend in Richtung der Rotordrehung angeordnet.
Während
des Triebwerkbetriebs wird Kühlluft
aus der Plenumkammer 54 in die Plenumkammern 84 geleitet,
und ein Teil dieser Luft strömt
durch die Spülschlitze 188 in
den Radhohlraum 52, in dem sie sich mit der Leckageströmung entlang
der Labyrinthdichtung 50 verbindet, um den Radhohlraum 52 zu
spülen
und das Einströmen
von Heißgas
zu verhindern.
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In 5 ist
eine andere alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist jede Schaufel 44 einen
im Wesentlichen radial verlaufenden Spülschlitz 288 auf,
der in ihrer nach hinten zeigenden Fläche ausgebildet ist, wobei die
Spülschlitze 288 dem
hinteren Haltering 48 gegenüberliegen. Genauer gesagt,
ist jeder Spülschlitz 288 in
der nach hinten zeigenden Fläche
des Tannenbaumfußes 68 und
des Schaftbereichs 70 der entsprechenden Schaufel 44 ausgebildet.
Ein erstes Ende jedes Spülschlitzes 288 befindet
sich an einem Punkt, der zur Außenkante 81 des
hinteren Halterings 48 radial nach innen liegt, und steht über einen zwischen
dem hinteren Haltering 48 und dem Laufrad 42 ausgebildeten
ringförmigen
Spalt 90 mit einer entsprechenden der Plenumkammern 84 in
Strömungsverbindung.
Das zweite Ende jedes Spülschlitzes 288 befindet
sich an einem Punkt auf der nach hinten zeigenden Fläche des
Schaftbereichs 70, d. h. zur Außenkante 81 radial
nach außen
und in Strömungsverbindung
mit einem Radhohlraum 92, der sich zwischen dem Niederdruckrotor 40 der
ersten Stufe und dem Niederdruckstator 56 befindet. Demgemäß kreuzen
die Spülschlitze 288 radial
die Außenkante 81 des
hinteren Halterings 48 und stellen Strömungsverbindung zwischen den
Plenumkammern 84 und dem Radhohlraum 92 her. Wie
bei den vorherigen Ausführungsformen
sind die Spülungsschlitze 288 vorzugsweise
in einem Winkel umlaufend in Richtung der Rotordrehung angeordnet.
Während
des Triebwerkbetriebs wird Kühlluft
aus der Plenumkammer 54 in die Plenumkammern 84 geleitet,
und ein Teil dieser Luft strömt
durch den Spalt 90 und die Spülschlitze 188 in den
Radhohlraum 92, in dem sie sich mit der Leckageströmung an
der Dichtung verbindet, um den Radhohlraum 92 zu spülen und
das Einströmen
von Heißgas
zu verhindern. Als Alternative können
die Spülschlitze 288 in
den nach hinten zeigenden Flächen
der Scheibenstege 64 statt in den nach hinten zeigenden
Flächen
Schaufeln 44 ausgebildet werden.
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Obwohl
verschiedene Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, in denen Spülschlitze
in axialen Flächen
der Schaufeln oder Scheibenstege geschaffen werden, gilt es zu beachten,
dass Spülschlitze
alternativ in der Außenkante
des vorderen oder des hinteren Halterings ausgebildet werden können. Obwohl
die vorliegende Erfindung ferner vollständig im Zusammenhang mit dem
Niederdruckturbinenrotor 40 der ersten Stufe beschrieben
wurde, sollte klar sein, dass sich die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf
andere Turbinenrotoren, z. B. auf den Hochdruckrotor 22,
anwenden lässt.
Im Hochdruckrotor 22 würden
Schlitze in den nach vorn zeigenden Flächen der Schaufeln 26 oder
der Scheibenstege des Laufrads 24 ausgebildet, sodass Kühlluft auf
eine ähnliche
wie die oben beschriebene Weise aus der Plenumkammer 38 in den
Radhohlraum 36 geleitet werden kann, der sich zwischen
dem Hochdruckrotor 22 und dem Hochdruckstator 18 befindet.
Als Alternative können
die Spülschlitze
in den nach hinten zeigenden Flächen der
Schaufeln 26 oder der Scheibenstege des Laufrads 24 ausgebildet
werden, sodass Kühlluft
aus der Plenumkammer 38 am hinteren Haltering 30 vorbei und
in den Radhohlraum 52 geleitet werden kann, der sich zwischen
dem Hochdruckrotor 22 und dem Niederdruckrotor 40 befindet.
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Im
Vorangegangenen wurde ein Turbinenrotor beschrieben, der einen Kühlluftstrom
zum adäquaten
Spülen
von benachbarten Radhohlräumen bereitstellt.