DE8605507U1

DE8605507U1 - Device for ventilation of rotor components for compressors of gas turbine engines

Info

Publication number: DE8605507U1
Application number: DE8605507U
Authority: DE
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-04-16

Description

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MTÜ MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBHMTÜ ENGINE AND TURBINE UNION
MUNICH GMBH

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München, den 28.07,1986Munich, 28.07.1986

Einrichtung zur Belüftung von Rotorbauteilen für Verdichter von Gasturbinentriebwerken Device for ventilation of rotor components for compressors of gas turbine engines

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.

Es bereitet nach wie vor Schwierigkeiten, ein wirksames Belüftungskonzept zu schaffen, das an der Rotorrückseite eine erhebliche Absenkung der Sekundärluft- und damit auch der Bauteiltemperaturen gestattet.It is still difficult to create an effective ventilation concept that allows a significant reduction in the secondary air and thus also the component temperatures on the rear side of the rotor.

Herkömmliche Belüftungsausführungen, die z. B. die Luftentnahme für die Rotorbelüftung zwischen der letzten ( 25 Rotor- und Statorstufe nabenseitig besitzen, weisen aufgrund des Verdichter-Temperaturprofiles eine entsprechend höhere Entnahmetemperatur auf. Durch Luftreibung zwischen den rotierenden und stehenden Bauteilen erfolgt dann meist noch eine relativ hohe Sekundärluftaufheizung bzw. Aufheizung der demConventional ventilation designs, which, for example, have the air extraction for rotor ventilation between the last (25 rotor and stator stage on the hub side, have a correspondingly higher extraction temperature due to the compressor temperature profile. Due to air friction between the rotating and stationary components, a relatively high secondary air heating or heating of the

Verdichterendbereich entzogenen Steuerluft, welche Aufheizung zu unnötig hohen Bauteiltemperaturen sowie Risiken bei der angestrebten Radialspaltoptimierung führt.
35Control air extracted from the compressor end area, which heats up and leads to unnecessarily high component temperatures as well as risks in the desired radial gap optimization.
35

ESP-851 XESP-851X

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Der entscheidende Nachteil dieser Lösungen ist, daß eine Erhöhung der Lebensdauer in den meisten Fällen nur durch Aufdicken der rotierenden Bauteile oder durch den Einsatz hochwertiger Werkstoffe eingehalten werden kann.The decisive disadvantage of these solutions is that in most cases an increase in service life can only be achieved by thickening the rotating components or by using high-quality materials.

Bei einem älteren Vorschlag, der eine zusätzliche Belüftung des Rotorinnenraumes, z. B. durch Öffnungen an der Rotorrückseite vorsieht, ist es von großem Nachteil, daß die Belüftungstemperatur aufgrund der Sekundärluftaufheizung extrem hoch ist und daß die benötigte Luftmenge, bedingt durch das Spaltverhalten einer vorgeschalteten labyrinthartigen Rotorhauptdichtung, insbesondere während des instationären Betriebes,- nicht im gewünschten Umfang bereitgestellt werden kann.In an older proposal, which provides for additional ventilation of the rotor interior, e.g. through openings on the rear of the rotor, it is a major disadvantage that the ventilation temperature is extremely high due to the secondary air heating and that the required amount of air cannot be provided to the desired extent due to the gap behavior of an upstream labyrinth-like rotor main seal, especially during unsteady operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belüftungseinrichtung zu schaffen, welche bei einem gleichzeitig verhältnismäßig einfachen Aufbau eine geforderte vergleichsweise niedrige Belüftungstemperatur und selbst bei schroffen Lastwechseln immer eine ausreichende Belüftungsmenge gewährleistet.The invention is based on the object of creating a ventilation device which, while at the same time being relatively simple in design, ensures a required comparatively low ventilation temperature and always a sufficient ventilation quantity even in the event of abrupt load changes.

Im Rahmen der Aufgabe soll ferner ein weiterer Beitrag zur Schaufelspaltoptimierung geleistet werden.As part of the task, a further contribution is to be made to blade gap optimization.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.The stated object is achieved according to the invention with the features of patent claim 1.

Mithin kann erfindungsgemäß im wesentlichen eine mengenmäßig einstellbare Zirkulation der Verdichteraustrittsluft vorgesehen werden, die durch Öffnungen am Brennkammerinnengehäuse unter Ausnutzung -. .: Druckanstieges im Bereich des Austrittsleitgitters und des anschließenden Austrittsdiffusors ermöglicht wird. ESP-851 J
28.7.1986Thus, according to the invention, essentially a circulation of the compressor outlet air can be provided which can be adjusted in terms of quantity, which is made possible by openings on the combustion chamber inner casing by utilizing the pressure increase in the area of the outlet guide grille and the adjacent outlet diffuser. ESP-851 J
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Erfindungsgemäß können diese Öffnungen ferner vorzugsweise in vereinfachter Form als Bohrung von unterschiedlich großen Querschnitten ausgeführt, an bestimmten Positionen angebracht sein, um eine ausreichende Belüftung zu gewährleisten. Die Größe der zuzuführenden Luftmenge und damit der Bohrungsquerschnitte, kann entsprechend der Wärmeerzeugung durch Luftreibung ausgerichtet und durch Temperatur- und Festigkeitsrechnungen der betroffenen Rotorbauteile optimiert werden.According to the invention, these openings can also preferably be designed in a simplified form as holes with cross-sections of different sizes, located at certain positions in order to ensure sufficient ventilation. The size of the air quantity to be supplied and thus the hole cross-sections can be aligned according to the heat generation through air friction and optimized by temperature and strength calculations of the rotor components concerned.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 15.Advantageous embodiments of the invention result from the features of patent claims 2 to 15.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Belüftungssystems als Rotorteilaxialschnitt, Fig. 1 shows the basic representation of a ventilation system according to the invention as a rotor part axial section,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Brennkammer-Innengehäuses nach Ansicht II der Fig. 1,Fig. 2 shows a section of the combustion chamber inner casing according to view II of Fig. 1,

( 25 Fig. 3 die prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Belüftungssystems mit zusätzlicher Aufteilung des zu belüftenden Ringraumes durch eine Dichtung, ebenfalls in Form eines Rotorteilschnitts, ( 25 Fig. 3 the basic representation of an inventive ventilation system with additional division of the annular space to be ventilated by a seal, also in the form of a partial rotor section,

Fig. 4 eine Variante einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung mit einer Ausführung zur direkten Rotor-Innenraumbelüftung (Lufteintrittsöffnungen rückseitig ausgeführt, prinzipielle Darstellung),Fig. 4 a variant of a ventilation device according to the invention with a design for direct rotor interior ventilation (air inlet openings at the rear, basic illustration),

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28.7.1986ESP-851 &Ggr;
28.7.1986

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ebenfalls in Form eines Rotorteilaxialschnitts undalso in the form of a rotor axial section and

Fig. 5 eine weitere Variante zu der unter Fig. 4 dargestellten Ausführung einer Rotor-Imenraumbelüftung (Lufteintrittsöffnungen, jedoch außen- _t seitig, zwischen der hinteren Rotorscheibe und einem Dichtungsträger ausgeführt), ebenfalls in Form eines Rotorteilaxialschnitts.Fig. 5 shows a further variant of the design of a rotor inner space ventilation shown in Fig. 4 (air inlet openings, however on _the outside, between the rear rotor disk and a seal carrier), also in the form of a partial rotor axial section.

Gemäß Fig. 1 weist die Einrichtung zur Belüftung von Rotorbauteilen für Verdichter, insbesondere Axialverdichter von Gasturbinentriebv/erken, einen dem Lauf- und Leitgitter 4, 1 der letzten Verdichterstufe nachgeschalteten Axialdiffusor 2 auf.According to Fig. 1, the device for ventilating rotor components for compressors, in particular axial compressors of gas turbine engines, has an axial diffuser 2 connected downstream of the rotor and guide vane grille 4, 1 of the last compressor stage.

Dabei soll ein stromab der letzten Radscheibe 5 zwischen benachbarten ^otor- und Statorbauteilen ausgebildeter Ringraum 11 mit stets stromab des Axialdiffusors 2 entnommener Druckluft 9 beaufschlagt sein, die im wesentlichen in zwei Teilströme 12, 14 zerfällt; der eine Te⁴I-strom 14 wird dem Verdichterkanal über einen Ringspalt zwischen dem Lauf- und Leitgitter 4, 1 der letzten Verdichterstufe, zugeführt; der andere Teilstrom 12 soll als betriebsbedingter Leckluftstrom in das Turbinen-Sekundärluftsystem, z. B. zu Turbinenkühlzwecken, abfließen. In this case, an annular space 11 formed downstream of the last wheel disk 5 between adjacent motor and stator components is to be supplied with compressed air 9 which is always taken downstream of the axial diffuser 2 and which essentially breaks down into two partial flows 12, ¹⁴ ; one partial flow 14 is fed to the compressor channel via an annular gap between the rotor and guide grille 4, 1 of the last compressor stage; the other partial flow 12 is to flow off as an operational leakage air flow into the turbine secondary air system, e.g. for turbine cooling purposes.

Die Druckluft 9 soll ferner über Öffnungen 17, 10, 10' eines hier vorzugsweise doppelwandigen Brennkammergehäuses 3 in den Ringraum 11 gelangen können; dabei schließen innere und äußere Brennkammergehäusewände 3', 3" einen mit den Öffnungen 17, 10, 10' korrespondierenden,The compressed air 9 should also be able to reach the annular space 11 via openings 17, 10, 10' of a combustion chamber housing 3, which is preferably double-walled here; in this case, the inner and outer combustion chamber housing walls 3', 3" enclose a space corresponding to the openings 17, 10, 10',

hier radial innen liegenden Ringkanal ein. Die Druck-SS here radially inner ring channel. The pressure SS

ESP-851 XESP-851X * *
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lufh 9 bzw. Vetdichterautrittsluft soll dann unter Ausnutzung des Druckanstiegs im Bereich des Eintrittsleitgitters 1 und des anschließenden Austrittsdiffusors 2 entlang feststehender Leitvorrichtungen 18 in den scheibenrückseitigen Ringraum 11 gelangen, wonach besagte Teilstromaufteilung 12, 14 erfolgt (Fig. 1) .air 9 or compressor outlet air should then, by utilizing the pressure increase in the area of the inlet guide grille 1 and the subsequent outlet diffuser 2, reach the annular space 11 on the rear side of the disk along fixed guide devices 18, after which the said partial flow division 12, 14 takes place (Fig. 1).

Die Leitvorrichtungen 18 können als den Öffnungen 10· nachgeschaltete Winkelbleche ausgebildet sein, von denen ein Abschnitt 18' unterhalb der Leitgitter-Diffusorejnheit 1, 2 in Achsrichtung geführt und mit einem die Öffnungen 10' enthaltenden Radialwandteil der einen Brennkammergehäusewand 3" verbunden ist und von denen der andere Abschnitt 18" radial in den Ringraum 11 auskragt (Fig. 1).The guide devices 18 can be designed as angle plates downstream of the openings 10·, of which a section 18' is guided in the axial direction below the guide grid diffuser unit 1, 2 and is connected to a radial wall part of the one combustion chamber housing wall 3" containing the openings 10' and of which the other section 18" projects radially into the annular space 11 (Fig. 1).

Nach Fig. 1 ist also der zu belüftende Ringraum 11 von außen durch das Leitgitter 1, die Leitvorrichtungen 18 ^und den Diffusor 2, von hinten durch das doppelwandige Brennkammergehäuse 3, von innen durch einen Wellenkonus und von vorne durch die letzte Rotorscheibe 5 mit den Befestigungsbolzen 15 und den Rutorschaufein 4 umschlossen. Im Ringraum 11 (Fig. 1) erfährt die vorhandene Luft- ( 25 menge durch Luftreibung eine zusätzliche Aufheizung. Die Größe der Luftreibung wird von folgenden Faktoren maßgeblich bestimmt, wie der Rotordrehzahl, der radialen Position, dem Umgebungsdruck, der Lufttemperatur und vor allem der Scheibenoberfläche (z. B. glatte Scheibenoberfläche oder Scheibe mit rotierenden Bolzen). Die in Fig. ] dargestellten rotierenden Bolzen 15, die "zur Verschraubung'mit den vorderen Rotorscheiben 16 benötigt werden, können zu einer erhöhten Wärmeerzeugung innerhalb des Ringraums 11 führen. Um die damit verbundene Luftaufhei-According to Fig. 1, the annular space 11 to be ventilated is enclosed from the outside by the guide grille 1, the guide devices 18 ^and the diffuser 2, from the rear by the double-walled combustion chamber housing 3, from the inside by a wave cone and from the front by the last rotor disk 5 with the fastening bolts 15 and the rotor blades 4. In the annular space 11 (Fig. 1), the existing air quantity ( 25) is heated up additionally by air friction. The magnitude of the air friction is determined by the following factors, such as the rotor speed, the radial position, the ambient pressure, the air temperature and, above all, the disk surface (e.g. smooth disk surface or disk with rotating bolts). The rotating bolts 15 shown in Fig. ], which are required "for screwing" to the front rotor disks 16, can lead to increased heat generation within the annular space 11. In order to compensate for the associated air heating,

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zung möglichst gering zu halten, muß der Ringraum 11 ausreichend belüftet werden.In order to keep the air flow as low as possible, the annular space 11 must be sufficiently ventilated.

Der Druck innerhalb des Ringraums 11 wird durch den Ringspalt 13 dem des Rotoraustritts- bzw. des Leitgitter-Eintrittsdruckes 7 angeglichen.The pressure within the annular space 11 is adjusted by the annular gap 13 to that of the rotor outlet pressure or the guide vane inlet pressure 7.

Durch die örtliche Anordnung und Ausbildung der öffnungen &idiagr;&ogr;,&igr;&ogr;· und der Luftentnahmeöffnungen 17 kann dann aufgrund des Druckanstiegs zwischen dem Leitgittereintritt und dem Diffusoraustritt 8 eine ausreichende Belüftung ^ des Ringraums 11 mit der am Verdichteraustritt entnommenen Druckluft 9 erfolgen.Due to the local arrangement and design of the openings δ,δ and the air extraction openings 17, sufficient ventilation of the annular space 11 with the compressed air 9 extracted at the compressor outlet can then take place due to the pressure increase between the guide vane inlet and the diffuser outlet 8.

Die optimale Durchmischung bzw. Ausnutzung der zugeführten Menge der Druckluft 9 kann innerhalb des Ringraums durch eine örtlich gezielte Beeinflussung der Luftströmung durch die feststehenden Leitvorrichtungen 18, die ^z· ^B· am Brennkammergehäuse 3 befestigt sind, geschehen. Zudem ermöglichen die Leitvorrichtungen 18 eine deutliche Reduzierung des Wärmetransportes von außen durch die Innenwand des Leitgitters 1.The optimal mixing or utilization of the supplied amount of compressed air 9 can be achieved within the annular space by locally influencing the air flow through the fixed guide devices 18, which are attached, ^for ^example , to the combustion chamber housing 3. In addition, the guide devices 18 enable a significant reduction in the heat transport from the outside through the inner wall of the guide grille 1.

s 25 ^Der eine Teilstrom 14, der durch den Ringspalt 13 dem s 25 ^The one partial flow 14, which flows through the annular gap 13 to the

Primärluftstrom bzw. der Verdichterhauptströmung - zwischen dem Laufschaufelgitter 4 und dem Axialleitgitter 1 der letzten Verdichterstufe - wieder zugeführt wird, erfährt innerhalb des Leitgitters 1 und des Diffusors 2 QQ durch die vorbeiströmende Primärluft eine rasche Beschleunigung auf die Primärluftgeschwindigkeit.Primary air flow or the compressor main flow - between the rotor blade cascade 4 and the axial guide vane 1 of the last compressor stage - is fed back into the air flow, and within the guide vane 1 and the diffuser 2 QQ, it experiences a rapid acceleration to the primary air speed due to the primary air flowing past.

Die Anordnung und Ausbildung der Öffnungen 17, bzw. Bohrungen, die im wesentlichen der Kühlluftzufuhr zur Hoch-The arrangement and design of the openings 17, or holes, which essentially serve to supply cooling air to the high-

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druckturbine dienen, sollte so gewählt sein, daß bis zu dieser Stelle eine ausreichende Durchmischung des Primärlüftstromes bzw. ein Abbau des Verdichter-Temperaturprofils und damit eine möglichst niedrige Belüftungseintrittstemperatur gewährleistet wird.pressure turbine should be selected so that sufficient mixing of the primary air flow or a reduction of the compressor temperature profile and thus the lowest possible ventilation inlet temperature is ensured up to this point.

Die Aufteilung bzw. Anzahl 19 und Dimensionierung 20 der in Fig. 2 als Bohrungen dargestellten Öffnunqen 10' richten sich nach der erforderlichen Belüftungsmenge. Ferner sollte die radiale Position 21 der Öffnungen 10· mögliehst mit der radialen Position der maximalen Luftreibung übereinstimmen.The distribution or number 19 and dimensions 20 of the openings 10' shown as holes in Fig. 2 depend on the required ventilation quantity. Furthermore, the radial position 21 of the openings 10 should correspond as far as possible to the radial position of the maximum air friction.

Gemäß Fig. 3 kann der Ringraum über eine Dichtung 22, in einen äußeren, mit dem Ringspalt 13 kommunizierenden Teil II¹ und in einen inneren Teil 11" aufgeteilt sein, wobei die am Verdichteraustritt entnommene Druckluft 9 ausnahmslos über in Nachbarschaft bzw. in Höhe der Leit-Vorrichtungen, in Radialwandteilen der einen Brennkammergehäusewand 3" und des feststehenden Teils 23 der Dichtung angeordnete Öffnungen 10' zuerst in den äußeren Teil 11· und danach, durch die Dichtung 22, 23 mengenmäßig und druckmäßig reduziert, in den inneren Teil 11" gelangt, aus dem sie gemäß Position 12 in das Turbinensekundärluftsystem abgeführt wird.According to Fig. 3, the annular space can be divided by a seal 22 into an outer part II ¹ communicating with the annular gap 13 and an inner part 11", whereby the compressed air 9 extracted at the compressor outlet exclusively passes through openings 10' arranged in the vicinity or at the level of the guide devices, in radial wall parts of the one combustion chamber housing wall 3" and the fixed part 23 of the seal, first into the outer part 11 and then, reduced in quantity and pressure by the seal 22, 23, into the inner part 11", from which it is discharged into the turbine secondary air system according to position 12.

Im Hinblick auf Fig. 3 kann ferner die aus einem feststehenden Teil 23 und einem rotierenden Teil 22 bestehende Dichtung radial beabstandet, unterhalb des axialen Abschnitts 18' der als Winkelbleche ausgebildeten Leitvorrichtungen 18 angeordnet sein, wobei der stationäre ringförmige Teil 23 der Dichtung gegenüber dem radial auskragenden Abschnitt 18" der Leitbleche axial beabstandet angeordnet ist (Fig. 3).
ESP-851 X
28.7.1986With regard to Fig. 3, the seal consisting of a fixed part 23 and a rotating part 22 can also be arranged radially spaced below the axial section 18' of the guide devices 18 designed as angle plates, wherein the stationary annular part 23 of the seal is arranged axially spaced from the radially projecting section 18" of the guide plates (Fig. 3).
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Die gegenüber Fig. 1 vorgenommene Zwischenschaltung der Dichtung 22, 23 nach Fig. 3 ermöglicht im Wege der angegebenen Druckabsenkung im inneren Teil 11" des Ringraums zugleich eine Druckkraftabsenkung an der Rotorrückseite (u. a. am Wellenkonus 6), so daß Axialschubbeeinträchtigungen, wie sie gegebenenfalls im Falle der Fig. 1 nich₍t auszuschließen wären, praktisch nicht mehr auftreten können. Im äußeren Teil 11" des Ringraums (Fig. 3), der mit dem höheren Druckniveau beaufschlagt ist, kann somit die Belüftung effektiv erfolgen, und zwar insbesondere im Hinblick auf die in diesem Teil II¹ des Ringraums zu erwartende, verhältnismäßig ausgeprägte Sekundärluftaufheizung.
15The interposition of the seal 22, 23 according to Fig. 3, which is carried out compared to Fig. 1, enables a reduction in pressure force at the rear of the rotor (including at the shaft cone 6) by means of the pressure reduction indicated in the inner part 11" of the annular space, so that axial thrust impairments, such as those which could _not be excluded in the case of Fig. 1, can practically no longer occur. In the outer part 11" of the annular space (Fig. 3), which is subjected to the higher pressure level, ventilation can thus take place effectively, particularly with regard to the relatively pronounced secondary air heating to be expected in this part II ¹ of the annular space.
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Im Hinblick auf den zuletzt genannten Sachverhalt ist es auch gemäß Fig. 3 vorteilhaft, daß die Öffnungen 10' im wesentlichen in Höhe der sich im äußeren Teil 11" des Ringraums maximal ausbildenden Luftreibung über dem Um- ^O fang des Brennkammergehäuses 3, an dessen hier äußerem Brennkammerv/andabschnitt, verteilt angeordnet sind.With regard to the last-mentioned situation, it is also advantageous according to Fig. 3 that the openings 10' are distributed over the circumference of the combustion chamber housing 3, at the outer combustion chamber wall section, essentially at the level of the maximum air friction that develops in the outer part 11" of the annular space.

Gemäß Fig. 4 soll die am Verdichteraustritt entnommene Druckluft 9 durch die Öffnungen 10 des Brennkammerge-According to Fig. 4, the compressed air 9 taken from the compressor outlet should pass through the openings 10 of the combustion chamber

*° häuses 3 direkt dem inneren Teil 11' des Ringraums zugeführt werden und dort mit der betriebsbedingten Leckluftmenge 24, die über die Dichtung 22, 23 aus dem Verdichterkanal druckreduziert zuströmt, vermischt werden, wobei diese Mischluft 25' zumindest teilweise entgegen der Hauptströmungsrichtung im Verdichter geführt und dann gegen achsnahe Scheibenabschnitte des Rotors abfließen können soll. Als Folge des angegebenen Mischprozesses ergibt sich ein optimales Belüftungstemperaturniveau;*° housing 3 directly to the inner part 11' of the annular space and mixed there with the operational leakage air quantity 24, which flows in at reduced pressure from the compressor channel via the seal 22, 23, whereby this mixed air 25' should be guided at least partially against the main flow direction in the compressor and then be able to flow off against disk sections of the rotor close to the axis. As a result of the specified mixing process, an optimal ventilation temperature level is obtained;

der ansonsten betriebsbedingte Aufheizungseffekt der 35the otherwise operational heating effect of the 35

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Leckluftmenge 24 durch Luftreibung hinterläßt keine nachteilhaften Folgen mehr.Leakage air quantity 24 due to air friction no longer leaves any adverse consequences.

Durch die zu Fig. 4 erörterten Details laßt sich also neben einer ausreichenden und vom Spaltverhalten der vorgeschalteten labyrintharti^en Dichtung 22, 23 bzw. R, 23 unabhängigen Rotorinnenraumzufuhr noch eine entscheidende Absenkung der "Ventluff- bzw. Steuerlufteintrittstemperatur im wege der zugeführten Mischiurt 25^; durchfuhren. Die Größe der notwendigen "Ventluft"-Temperaturabsenkung wird im wesentlichen von der Menge der zuzuführenden Druckluft 9 bestimmt. Da aber durch die Öffnungen 10 ein Druckanstieg innerhalb des Ringraums 11" erfolgt und dadurch der Axialschub erhöht wird, könnte dies u. U. Ar.laß sein, eine Begrenzung der benötigten Menge an Druckluft 9 vorzunehmen.The details discussed in Fig. 4 therefore make it possible to achieve not only a sufficient supply of air to the rotor interior, which is independent of the gap behavior of the upstream labyrinth-like seal 22, 23 or R, 23, but also a decisive reduction in the "vent air" or control air inlet temperature by means of the supplied mixing air 25 ^;. The size of the necessary "vent air" temperature reduction is essentially determined by the amount of compressed air 9 to be supplied. However, since the openings 10 cause a pressure increase within the annular space 11" and thus increase the axial thrust, this could under certain circumstances be a reason to limit the amount of compressed air 9 required.

, In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung (Fig. 4) kann, In a further advantageous embodiment (Fig. 4)

20 äer rotierende Teil 22 der Dichtung - hier als Rotorhaupt-20 the rotating part 22 of the seal - here as rotor main

S dichtung ausgebildet - Bestandteil einer RotorttagscheibeS seal formed - part of a rotor disk

des Verdichters sein, die dem letzten Laufraci 5 nachge-of the compressor, which follows the last running speed 5

\ schaltet ist, wobei ein Dichtungsträger R am äußeren \ is switched, with a seal carrier R on the outer

ümfangsbereich der Tragscheibe zugleich AbstandshalterCircumferential area of the support disc also serves as spacer

f C 25 zwischen dem Laufrad 5 und der Tragscheibe ist, wobeif C 25 between the impeller 5 and the support disk, where

der stationäre Teil 23 der Dichtung, in axialer/radialerthe stationary part 23 of the seal, in axial/radial

j? Erstreckung unterhalb des Axialleitgitters 1 und desj? Extension below the axial guide vane 1 and the

Axialdiffusors 2 angeordnet sowie ferner an einem radialaxial diffuser 2 and further on a radial

} innen liegenden Abschnitt des Brennkammergehäuses 3 befestigt ist.} inner section of the combustion chamber housing 3.

Eine gegebenenfalls nachteilhafte Auswirkung des Axialschubanstiegs - wie zuvor in Verbindung mit Fig. 4 erwähnt - ließe sich durch die nachstehend näher spezifi-A potentially disadvantageous effect of the increase in axial thrust - as previously mentioned in connection with Fig. 4 - could be compensated for by the following specified

3535

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zierte Erfindungsvariante nach Fig. 5 völlig umgehen. V ized invention variant according to Fig. 5 completely avoids this. V

Darin soll der äußere Teil 11" des Ringraums zwischen j,The outer part 11" of the annular space between j,

vorderen, als Abstandshalter ausgebildeten Abschnitten yfront sections designed as spacers y

der Tragscheibe sowie dem stationären Teil 23 der Dichtung auf der einen Seite und schaufelfußseitigen Stirnflächen auf der Radscheibe 5 ausgebildet sein; insbesondere soll dabei der äußere Teil 11' des Ringraums miteinem unterhalb der Axialleitgitter-Diffusorkombination 1, & 2 befindlichen, die am Verdichteraustritt entnommene Druckluft 9 führenden Kanal 30 in Verbindung stehen, der über in Höhe des Kanals 30 im innen liegenden Abschnitt des Brennkammergehäuses 3 enthaltene Öffnungen 10' mit Druckluft S versorgt ist; ferner steht hierbei der mit dem Ringspalt 13 kommunizierende äußere Teil 11' des Ringraums über vorzugsweise schlitzförmige Eintrittsöffnungen 26 mit einem äußeren Zwischenraum 27 zwischen dem Laufrad 5 und dem als Tragscheibe ausgebildeten rotierenden Teil 22 der Dichtung in Verbindung, aus dem die Tragscheibe sowie mindestens ein weiteres, z. B. das letzte Laufrad 5, belüftet wird, wie dies im Rahmen weiterer Erfindungsmerkmale nachstehend weiter erläutert ist; soweit gleiche oder ähnliche Bauteile der Fig. 4 und 5 hievon betroffen sind, erfolgt die nachfolgende Beispiclsbeschreibung in figürlich einander übergreifender Weise.the support disk and the stationary part 23 of the seal on one side and blade root side end faces on the wheel disk 5; in particular, the outer part 11' of the annular space should be connected to a channel 30 located below the axial guide vane diffuser combination 1, & 2, which carries the compressed air 9 taken from the compressor outlet and which is supplied with compressed air S via openings 10' contained at the level of the channel 30 in the inner section of the combustion chamber housing 3; furthermore, the outer part 11' of the annular space communicating with the annular gap 13 is connected via preferably slot-shaped inlet openings 26 to an outer intermediate space 27 between the impeller 5 and the rotating part 22 of the seal designed as a support disk, from which the support disk and at least one further, e.g. B. the last impeller 5, is ventilated, as is explained further below in the context of further features of the invention; as far as identical or similar components of Fig. 4 and 5 are affected by this, the following example description is carried out in a figuratively overlapping manner.

Es können also die Zwischenräume zwischen benachbarten Laufradscheiben bzw. zwischen dem Laufrad 5 der letzten Verdichtertufe und dem als Tragscheibe ausgebildeten Dichtungsteil 22 mittels in Axialdistanzhalterungen 31, 32; 33, 34 der Radscheiben integrierter Luftkammern 28, 35 in ringförmige äußere und inne - 'wischenräume 27, bzw. 37, 38 zergliedert sein, wobei die Luftkammern 28,The spaces between adjacent impeller disks or between the impeller 5 of the last compressor stage and the sealing part 22 designed as a support disk can therefore be divided into annular outer and inner spaces 27, or 37, 38 by means of air chambers 28, 35 integrated in axial spacer brackets 31, 32; 33, 34 of the wheel disks, whereby the air chambers 28,

ESP-851 X \ ESP-851X \

28.7.198628.7.1986

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35 entweder vom inneren Teil 11' des Ringraums aus (Fig. 4) oder vom äußeren Zwischenraum 27 aus (Fig. 5) mit der Mischluft (Fig. 4) bzw. der Entnahmeluft 25 beaufschlagt wird.35 is supplied with the mixed air (Fig. 4) or the extraction air 25 either from the inner part 11' of the annular space (Fig. 4) or from the outer intermediate space 27 (Fig. 5).

Es kann ferner die erforderliche Menge an Mischluft 25* bzw. Entnahmeluft 25 über rad- bzw. tragscheibenseitige Öffnungen 26* (Fig. 4) den Luftkammern 28, 35 bzw. aus einer ersten 28 einer weiteren Luftkammer 35 zugeführt werden (Fig. 5), wobei die Luftkammern 28, 35 (Fig. 4 ( und 5) über innere Öffnungen 39, 40 in den Axialdistanzhalterungen 32, 34 mit den inneren Zwischenräumen 36, zwecks nabenseitiger Scheibenbelüftung in Verbindung stehen.Furthermore, the required amount of mixed air 25* or extraction air 25 can be supplied to the air chambers 28, 35 or from a first 28 to a further air chamber 35 (Fig. 5) via openings 26* on the wheel or support disk side (Fig. 4), whereby the air chambers 28, 35 (Fig. 4 ( and 5) are connected to the inner spaces 36 via inner openings 39, 40 in the axial spacer brackets 32, 34 for the purpose of hub-side disk ventilation.

In Fig. 5 wird also die Entnahmeluft 25 über radial außen :n den Axialdistanzhaltungen 31 angeordnete Öffnungen aus dem äußeren Zwischenraum 27 der Luftkammer 28 zugeführt. In Fig. 5, the extraction air 25 is thus supplied from the outer intermediate space 27 to the air chamber 28 via openings arranged radially outside the axial spacers 31.

Der entscheidende Vorteil bei den nach außen verlegten Eintrittsöffnungen 26 nach Fig. 5 liegt darin begründet, daß die "Vent"- bzw. Steuerluftzufuhr weitestgehend unab-( ²⁵ hängig von der Sekundärluftaufheizung durch Luftreibung und von dem Spaltverhalten der labyrinthartigen Dichtung 22, 23 bzw. R, 23 ausgeführt werden kann. Ferner kann im Wege der Gestaltung der Druckluftzufuhr, also der Art der Führung der Druckluft 9 in den äußeren Teil des Ringraums eine zusätzliche Temperaturabsenkung der zur Belüftung verwendeten Entnahmeluft 25 erzielt werden.The decisive advantage of the inlet openings 26 placed on the outside according to Fig. 5 is that the "vent" or control air supply can be carried out ^largely independently of the secondary air heating by air friction and of the gap behavior of the labyrinth-like seal 22, 23 or R, 23. Furthermore, by designing the compressed air supply, i.e. the way in which the compressed air 9 is guided into the outer part of the annular space, an additional reduction in the temperature of the extraction air 25 used for ventilation can be achieved.

Die Dimensionierung der Eintrittsöffnungen 26, wie dieThe dimensions of the inlet openings 26, such as the

maximale Schlitzlänge, die maximale Aussparungstiefe, 35maximum slot length, maximum recess depth, 35

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28.7.1986ESP-851X
28.7.1986

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• III· Il I• III· II I

•■I III·•■I III·

t · » · »I tt · » · »I t

die Formradien und die Umfangsaufteilung bzw. maximale Anzahl der Schlitze bedarf einer festigkeitsmäßigen Auslegung. Der daraus resultierende maximale Öffnungsquerschnitt bestimmt die größtmögliche Menge an Entnahmeluft 25 und die Drücke in den ringförmigen Zwischenräumen 27, 36 und in den Luf tkaimvern, z. B. 28, innerhalb₍ des Rotors.The shape radii and the circumferential distribution or maximum number of slots require a strength-related design. The resulting maximum opening cross-section determines the largest possible amount of extraction air 25 and the pressures in the annular spaces 27, 36 and in the air chambers, e.g. 28 , within the _rotor .

^Q Innerhalb des äußeren ringförmigen Zwischenraums 27 bewirkt also die Menge der nach innen strömenden Entnahmeluft 25 eine Abkühlung der von außen durch Luftreibung aufgeheizten Dichtungsscheibe 22. Danach strömt die Entnahraeluft 25 durch die Öffnungen 29, die vorzugsweise ^Q Within the outer annular space 27, the amount of extraction air 25 flowing inwards causes a cooling of the sealing disk 22, which is heated from the outside by air friction. The extraction air 25 then flows through the openings 29, which preferably

³^ als Bohrungen ausgeführt werden können, in die weiter innen liegende Luftkammern 28 ab. Ab hier wi.rd die Entnahrnelutt 25 in schon erläuterter Weise aufgeteilt. ³ ^ can be designed as bores, into the air chambers 28 located further inside. From here the extraction air 25 is divided in the manner already explained.

Diese Belüftungsaufaführung ermöglicht für die betroffenen Rotorscheiben sowohl im stationären, als auch im instationären Betrieb eine optimale Absenkung der Scheibennab^ntemperaturen auf das Niveau der Scheibenkranztemperaturen, und zwar auch im Interesse der RadialspaltoptimierungThis ventilation design enables the affected rotor disks to be optimally reduced to the level of the disk rim temperatures in both stationary and non-stationary operation, also in the interest of radial gap optimization.

über den gesamten Betriebszustand.
25throughout the entire operating state.
25

Ein Vorteil der angegebenen Aufteilung in die ringförmigen Zwischenräume 27, 36 (Fig. 5) besteht ferner darin, daß durch die geringere Druckänderung der Abzapfdruck für die Belüftung entsprechend niedrig sein kann bzw. eine ausreichend hohe Druckdifferenz an den Eintrittsöffnungen 26 vorliegt. Innerhalb der durch Radialstege in Umfangsrichtung voneinander getrennten Luftkammern 28 kann der zugeführten Entnahmeluft 25 eine bauteilbezogeneAn advantage of the specified division into the annular spaces 27, 36 (Fig. 5) is that due to the smaller pressure change, the bleed pressure for ventilation can be correspondingly low or there is a sufficiently high pressure difference at the inlet openings 26. Within the air chambers 28 separated from each other by radial webs in the circumferential direction, the supplied extraction air 25 can be given a component-related

Umfangsgescbwindigkeit aufgeprägt werden. 3BCircumferential speed is imposed. 3B

ESP-851 &Ggr;
28,7,1986ESP-851 &Ggr;
28,7,1986

( 25( 25

-&iacgr;&dgr;Es entsteht nämlich innerhalb der Luftkammern 28 aufgrund des erzwunyenen Wirbels eine geringere Druckänderung als die^ vergleichsweise in den äußeren und inneren zwischenräumen 27, 36 aufgrund der Gesetzmäßigkeiten des "freien Wirbels" geschieht.-&iacgr;&dgr;Due to the forced vortex, a smaller pressure change occurs within the air chambers 28 than occurs in the outer and inner spaces 27, 36 due to the laws of the "free vortex".

Im übrigen soll auch in Fig. 5 die radiale Position der Öffnungen 10' einem Radius zugeordnet sein, der im wesentliehen mit der radialen Position der sich maximal örtlich im äußeren Teil II¹ des Ringraums ausbildenden Luftietbung übereinstimmt, wie sinngemäß eingangs bereits erwähnt. Furthermore, in Fig. 5, the radial position of the openings 10' should also be assigned to a radius which essentially corresponds to the radial position of the maximum air flow which forms locally in the outer part II ¹ of the annular space, as already mentioned at the beginning.

Wie im übrigen ferner auf Fig. 4 und 5 hervorgeht, können die Laufräder 5 in an sich bekannter Weise mittels im äußeren ümfangsbereich angeordneter Rotorabstandsringe 41 aneinander abgestützt sein,As can also be seen from Fig. 4 and 5, the impellers 5 can be supported on one another in a manner known per se by means of rotor spacer rings 41 arranged in the outer circumferential area,

Die Erfindung ist vorrangig für axial durchströmte Gasturbinenstrahltriebwerke von Flugzeugen geeignet ohne hierauf allerdings beschränkt zu sein.The invention is primarily suitable for axial-flow gas turbine jet engines of aircraft, but is not limited thereto.

3030

3535

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28.7.1986ESP-851
28.7.1986

Claims

• «at·• «at·

-1-

' 1 MTU MOTOR AND TURBINE UNION MUNICH GMBH

sr-ee

Munich, 09.03.1987

Protection claims

1. Device for ventilation of rotor components for compressors/in particular axial compressors of gas turbine engines, with a fan downstream of the rotor and guide vane of the last compressor stage

Axial diffuser, characterized by the following Mes.k-15

times:

a) Downstream of the last wheel disc (5) between adjacent rotor and stator components, a

Ring frame (11) formed, which is connected to the out-20

inlet end of the axial diffuser (2)

is connected (air arrow sequence 8, 9);

b) the compressor channel is connected to a

the running and guiding grid (4, 1) of the last 25

Compressor stage arranged annular gap (13)

in connection with the annular space (11) (partial air flow 14);

c) a.n the annular space (11) is bordered by another space of a turbine secondary air device (partial air flow 12).

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Device according to claim 1, characterized in that the annular space (11) is connected to the outlet-side end of the axial diffuser (2) via openings (17, 10') of a preferably double-walled combustion chamber housing (3).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that fixed compressed air guide devices (18) are arranged in the annular space (11).

4. Device according to claim 3, characterized in that the guide devices (18) are designed as angle plates arranged downstream of the openings (10'), of which a section (18') is guided in the axial direction below the guide grid diffuser unit (1, - 2) and is connected to a radial wall part of the one combustion comb housing wall (3") containing the openings (10') and of which the other section (18") extends radially into the annular space

(11) cantilevers.

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the annular space (11) is divided by a seal (22, 23) into an outer part (H ¹ ) and an inner part (H"), the outer part (H') being connected via the annular gap (13) to the compressor channel (partial air flow 14) and via a gap in the seal (22, 23) to the inner part (H") of the annular space (partial air flow 12*.

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• I III• I III

• « t » t ti··• « t » t ti··

1 I ■ I I *1 I ■ I I *

• I Il · *• I Il · *

-3-

6. Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the guide devices (18) are arranged in the outer part (H ¹ ) of the annular space and the openings (10') in the vicinity of the guide devices (18), in mutually corresponding radial wall parts of the one combustion chamber housing wall (3") and the seal (22, 23)
are.

^iW 7. Device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the device consisting of a fixed part (23) and a rotating
Part (22) existing seal radially spaced,
within the axially guided section

*5 (18') of the guide devices (18) designed as angle plates, wherein the stationary part (23) of the seal is arranged opposite the radially projecting other section (18") of the guide plates
is arranged axially spaced apart.

8. Device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the openings (10') are arranged distributed over _the circumference of the combustion chamber housing (2) essentially at the level of the maximum air friction which develops in the annular space (11) or in the outer part (H').

9. Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the outer

Part (H ¹ ) of the annular space via a
the axial guide grille (1) and the axial diffuser (2)
on the one hand and the fixed part (23)

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the channel (30) extending from the seal on the other side is pressurized with compressed air (9), wherein the openings (10') are arranged on the inlet side of the channel (30) in the combustion chamber housing (3).

10. Device according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the compressed air openings (10) of the combustion chamber housing (3) are connected directly IQ to the inner part (H") of the ring and via the gap of the seal (22, 23) - (leakage flow 14) - to the compressor channel *

11. Device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the rotating part (22) of the seal is part of a rotor support disk of the compressor, which is arranged downstream of the last impeller (5), wherein a seal carrier (R) on the outer peripheral region of the support disk is also a spacer between the impeller (5) and the support disk, wherein the stationary part (23) of the seal extends in the axial and peripheral direction below the axial guide grid (1) and the axial diffuser (2) and is also fastened to the combustion chamber housing (3) (Fig. 4 and 5).

12. Device according to claim 9, characterized in that the outer part (II ¹ ) of the annular space is connected via preferably slot-shaped inlet openings (26) to an outer intermediate space (27) between the impeller (5) and the rotating part (22) of the seal designed as a support disk.

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* from which the support disk and at least one other impeller, e.g. the last impeller (5), are ventilated with extraction air (25) (Fig. 5).

13. Device according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the spaces between adjacent impeller disks or between the last impeller (5) and the sealing part (22) designed as a support disk are divided into annular outer and inner spaces (27, 36 and 37, 38) by means of axial compression holders (31 _; 32: 33, 34) of the air chambers (28, 35) integrated into the wheel disks, the air chambers (28, 35) being supplied with the mixed air (25') or the extraction air (25) either from the inner part (H ¹ ) of the annular space (Fig. 4) or from the outer space (27) (Fig. 5).

14. Device according to claim 13, characterized in that mixed air or extraction air openings (25 ^! or 25) arranged on the disc side are connected to the air chambers (28, 35), the air chambers (28, 35) in turn being connected to the inner intermediate spaces (36, 38) via inner openings (39, 40) in the axial spacer holders (32, 34).

15. Device according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that several air chambers (28) separated from one another in the circumferential direction by radial webs are provided.

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