DE945001C

DE945001C - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE945001C
Application number: DEC9334A
Authority: DE
Inventors: Joseph Thompson Purvis
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1951-09-27
Filing date: 1954-05-08
Publication date: 1956-06-28

Description

AUSGEGEBEN AM 28. JUNI 1956

BIBLIOTHEK

DES DSUTSCHEN

PATEIiTAMTES

C 93341a/46 f

Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf die Befestigung der vorderen oder anströmseitigen Enden der Ausströmdüsen.

Die Beschaufelung einer Axialgasturbine ist im allgemeinen am Umfang einer Läuferscheibe angeordnet und ist an ihrem Außenumfang in geringem Abstand von einem feststehenden Mantelring umgeben. Der Mantelring bildet nicht nur eine äußere Begrenzung für den Ringkanal, in welchem sich die Turbinenschaufeln befinden, sondern auch einen tragenden Bauteil des Triebwerks, da ein Teil des Mantelrings die Ausströmdüse trägt. Der Mantelring muß daher so ausgebildet sein, daß sein die Ausströmdüse tragender Teil gegen unmittelbare Berührung mit den die Turbine durchströmenden heißen Gasen geschützt ist, da die Festigkeit dieses Teils durch die Überhitzung beeinträchtigt werden würde. Es würde daher eine beträchtliche Temperaturdifferenz an der Befestigung zwischen diesem Teil und' den von ihm getragenen Wänden der Ausströmdüse bestehen, wenn die Befestigung unmittelbar den heißen Gasen ausgesetzt wäre. Daher ist im allgemeinen der vordere Endabschnitt der Ausströmdüse doppelwandig ausgebildet, wobei die as Innenwand unmittelbar den heißen Gasen ausge-

setzt ist, während die Außenwand von der Innenwand isoliert und mit einem Flansch versehen ist, der am Mantelring befestigt wird.

Der vordere Rand der Innenwand der Ausströmdüse ist normalerweise nicht mit dem Mantelring fest verbunden, damit er sich unabhängig vom Mantelring und von der Außenwand der Ausströmdüse frei ausdehnen oder zusammenziehen kann. Bei einer bekannten Ausführung liegt der vordere ίο Rand der Innenwand in einer nach hinten offenen Ringnut des Mantelringes, in der er jedoch nicht fest eingefaßt ist, sondern ein freies Spiel für die radiale Ausdehnung und Zusammenziehung hat. Infolge der" hierbei eintretenden Durchmesserunterschiede entsteht jedoch an der Übergangsstelle vom Mantelring zur Ausströmdüse eine Stufe, die die Gasströmung hinter der Turbine stark beeinträchtigt und dadurch auch die Leistung des Triebwerks nachteilig beeinflußt.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Nachteil zu beseitigen. Die Ausströmdüse ist dabei mit ihrem an den Mantelring· der Turbine anschließenden Teil in bekannter Weise doppelwandig ausgebildet und liegt mit dem vorderen Ende ihrer Innenwand in einer nach hinten offenen Umfangsnut des Mantelringes. Erfindungsgemäß ist die Innenwand der Ausströmdüse jedoch mit ihrem dem Mantelring zugekehrten Ende in der sie eng einfassenden Umfangsnut des Mantelringes radial unverschiebbar, in Umfangsrichtung aber verschiebbar und so ausgebildet, daß ihre Ausdehnung oder Zusammenziehung durch Gleiten in der Nut in Umfangsrichtung ausgeglichen wird. Um dies sicherzustellen, weist die Innenwand der Ausströmdüse zweckmäßig mehrere von ihrem vorderen Rand ausgehende, axiale Schlitze auf, die durch sie überdeckende Platten gegen Gasdurchlaß versperrt sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß die Innenwand der Ausströmdüse mit ihrer Hauptfläche in allen Dehnungszuständen an der Übergangsstelle stets bündig mit der Innenwand des Mantelringes liegen kann.

Die Zeichnungen zeigen ein Beispiel für die Ausführung des Gasturbinentriebwerkes nach der Erfindung, und zwar zeigt

Fig. ι eine seitliche Gesamtansicht des Triebwerks, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 den hinteren Teil des Triebwerks in größerem Maßstab, teils im Schnitt in seitlicher Ansicht, Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Übergangsstelle von der Turbine zur Ausströmdüse in noch größerem Maßstab und

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Gasturbinentriebwerk wird Luft durch einen Verdichter 10 angesaugt und verdichtet, Brennstoff in die verdichtete Luft in einem Brennkammersystem 11 eingeführt und das Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet, was eine rasche Beschleunigung der Gase und ihren Austritt durch eine allgemein mit 12 bezeichnete Turbine zur Folge hat. Die Turbine besteht aus einer Scheibe I2_a mit einer Beschaufelung I2₆ und treibt den Verdichter, die Brennstoffpumpe und andere Vorrichtungen an. Die Abgase werden durch einen ringförmigen Kanal 13 in eine allgemein mit 14 bezeichnete Ausströmdüse geleitet. Bei manchen Triebwerken können die Abgase zur Erzeugung eines Vortriebstrahls verwendet werden.

Wie sich am besten aus Fig. 2 ergibt, wird die Ausströmdüse durch einen äußeren kegelstumpfförmigeri Teil I4_a und einen inneren kegelförmigen Teil I4₆ gebildet, der als abströmseitige Verkleidung der Turbinenscheibe I2_a dient. Der äußere Teil I4_a ist von Isoliermaterial I4_C und einem kegelstumpfförmigen Mantel 14^ mit nach innen umgebördelten Endkanten umgeben. Die Turbinenbeschaufelung I2_b ist auf dem Umfang der Scheibe I2_a angeordnet und erstreckt sich radial durch das anströmseitige Ende des Ringkanals 13. Die Beschaufelung ist von einem allgemein mit 15 bezeichneten Mantelring umgeben, der den äußeren Teil i4a der Ausströmdüse trägt. Der innere Teil 14^ ist gegen den äußeren Teil durch Streben 16 von stromlinienförmigem Querschnitt abgestützt, welche im Ringkanal gewöhnlich in Kreuzform angeordnet sind. Hieraus ergibt sich, daß die·Ausströmdüse als Ganzes vom Triebwerk an der vorderen Umfangsverbindung zwischen dem äußeren Teil I4_a und dem Mantelring 15 getragen wird.

Die Ausbildung dieser Verbindung ist in Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Mantelring 15 besteht aus einem äußeren die Ausströmdüse tragenden Ring is_a und aus einem Innenring IS₆. Der Innenring wird durch einen sich nach innen erstreckenden Flansch I5_C. an der Vorderkante des Außenrings is_a und durch einen Haltering IS₀- getragen, der am hinteren Ende des Außenrings befestigt ist. Der Innenring i5₆ befindet sich daher in Abstand von dem Außenring i5_a, wobei der Raum zwischen diesen Ringen mit Isoliermaterial 17 gefüllt ist, so daß der Außenring vor den heißen durch die Turbinenbeschaufelung strömenden Gasen geschützt ist. Der Innenring IS₆ erstreckt sich unter den Haltering ΐζ_α und schützt diesen ebenfalls vor den heißen Gasen. Der Innenring is_b wird daher zwar sehr heiß, ist jedoch keiner Belastung ausgesetzt, während der Außenring ISa, der Kräfte überträgt, vor den heißen Gasen durch den Innenring geschützt ist.

Der vordere Endabschnitt des äußeren Teils I4_a der Ausströmdüse hat eine Außenhaut 19 und eine InnenÜaut 20. Die Außenhaut 19 endet mit einem sich nach außen erstreckenden Flansch 21, der, wie bei 18 gezeigt, mit einem ähnlichen Flansch 22 des Außenrings iS_a des Mantelrings verschraubt ist. Der Haltering ιζ_α ist zwischen den Flanschen 21 und 22 angeordnet und an seinem Innenumfang mit einem sich nach rückwärts erstreckenden Flansch ausgebildet, der mit einer ringförmigen Nut versehen ist. Die ringförmige Nut ist aus der nach rückwärts gerichteten Fläche des Flansches 23 iao herausgearbeitet. _

Die Innenhaut 20 der Ausströmdüse ist an ihrer Vorderkante 24 nach außen erweitert. Diese Kante ist in die ringförmige Nut des Halterings J5_d eingesetzt, so daß sie durdh den Flansch 23 radial ehalten wird, wobei jedoch wegen der sich über

den ganzen Umfang erstreckenden Erweiterung der Hauptteil der Innenfläche der Innenhaut im wesentlichen bündig mit der Innenfläche des Innenrings i5j des Mantelrings verläuft.

Der im Querschnitt annähernd dreieckige ringförmige Raum zwischen der Außenhaut 19 und der Innenhaut 20 ist mit Isoliermaterial gefüllt. Da die Innenhaut unmittelbare Berührung mit den heißen Abgasen hat, jedoch der mit einer Nut versehene Flansch 23, in welchem sie radial gehalten wird, besser geschützt ist, dehnt sich die Innenhaut stärker aus als der Flansch. Da die radiale Ausdehnung der Innenhaut durch den Flansch 23 verhindert wird, muß der Umfangsausdehnung in anderer Weise Rechnung getragen werden. Zu diesem Zweck ist die Innenhaut mit sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitzen 26 versehen, wobei ' am Ende jedes Schlitzes ein kleines Endloch gebohrt ist, um das Einreißen des Metalls, aus dem

ao die Haut besteht, zu verhindern. Um das verhältnismäßig empfindliche Isoliermaterial 25 vor dem Eindringen der Abgase zu schützen, sind, wie in Fig. 4 gezeigt, an der Außenfläche der Innenhaut Abdeckplatten 27 und 28, die die Schlitze 26 überlappen, vorgesehen und ein Senkniet 29 in das Endloch jedes Schlitzes eingesetzt.

Die Nut im Flansch 23 ist natürlich in ihrer Tiefe ausreichend bemessen, um eine axiale Ausdehnung der Haut 20 zu ermöglichen, ohne daß dabei das vordere Ende der Kante 24 auf dem Grund der Nut zur Auflage kommt.

Die Ausströmdüse wird als Ganzes vom Triebwerk durch den Flansch 21 und die Außenhaut 19 getragen. Sowohl die Haut 19 als auch der Flansch 21 sind gegen Überhitzung durch das Isoliermaterial 25 geschützt. Die Innenhaut 20 ist andererseits unmittelbar den heißen Abgasen aus der Turbine 12 ausgesetzt, braucht jedoch keine Kräfte aufzunehmen. Außerdem ist die Innenhaut radial durch den genuteten Flansch 23 des Halterings 15^ abgestützt und kann sich in Umfangsrichtung mit Bezug auf diesen infolge der Anordnung der Schlitze 26 frei ausdehnen. Daher bleibt die radiale Lage der Innenhaut und des Innenrings i5₆ des Mantelrings mit Bezug aufeinander bei allen Betriebsbedingungen unverändert, so daß zu dem von den Gasen durchströmten Ringkanal 13 eine unveränderlich bündige Oberfläche erzielt wird, die frei von Unstetigkeiten oder örtlichen Verwerfungen ist.

In einfacher Umkehrung kann gegebenenfalls auch die ringförmige Umfangsnut 23 am vorderen Ende der Innehhaut 20 der Ausströmdüse angebracht sein und einen nach hinten ragenden ringförmigen Ansatz des Mantelringes aufnehmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Gasturbinentriebwerk mit einem die Turbine umgebenden Mantelring und einer dahinter angeordneten Ausströmdüse für die Abgase, deren an den Mantelring der Turbine anschließender Teil eine mit dem Mantelring fest verbundene Außenwand und eine davon in Abstand liegende, die Abgase führende Innenwand aufweist, wobei die Außenwand mit dem Mantelring in einer ringförmigen Umfangsnut zusammenliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhaut (20) der Außenwand (i4_a) der Ausströmdüse (14) mit der Umfangsnut (23) am Mantelring (15, ISa) radial unverschiebbar festgelegt, in Umfangsrichtung der Nut jedoch verschiebbar und so ausgebildet ist, daß ihre Ausdehnung oder Zusammenziehung durch eine in Umfangsrichtung stattfindende Verschiebung gegenüber dem Mantelring (15^) ausgeglichen wird.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhaut(20) der Außenwand (i4_a) der Ausströmdüse mehrere von ihrem vorderen Rand ausgehende axiale Schlitze (26) aufweist, die durch sie überdekkende Platten (27, 28) gegen Gasdurchlaß versperrt sind.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (27, 28) auf der Außenseite der Innenhaut (20) angeordnet sind.
4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Iirmerihiaut (20) der Außenwand (i4_a) der Ausströmdüse (14) mit ihrer Vorderkante in eine sie eng umschließende, nach hinten offene Umfangsnut (23) des Mantelringes (15) eingreift.
5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nach hinten offene -Umfangsnut (23) des Mantelringes (15, 15a-) im Durchmesser etwas größer als die Innenfläche des Mantelringes ist, die Innenhaut (20) der Außenwand (i4_a) der Ausströmdüse mit dem Hauptteil ihrer Innenfläche an die Innenfläche des Mantelringes (15,/) bündig anschließt und an ihrem dem Mantelring (15) der Turbine zugekehrten Ende eine in die Umfangsnut (23) des Mantelringes passend eingreifende Erweiterung aufweist.
6. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelring (15) zur Herstellung seiner Nutverbindung (23, 24) mit der Düseninnenwand (20) einen in radialer Ebene liegenden Haltering (15^) und einen vom Haltering hintergreifend gesicherten Innenring (i5j) aufweist, dessen Innenfläche mit der Hauptfläche der Düseninnenwand (20) im wesentlichen, bündig liegt.

Angezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 623615;
USA.-Patentschrift Nr. 2 606741.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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