DE1086089B - Turbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinentriebwerke mit Kreiselverdichter und einer mit diesem über eine Welle verbundenen koaxial angeordneten Turbine sowie einer ringförmig angeordneten Reihe von Brennkammern, die sich zwischen dem Verdichter und der Turbine mit ihren Längsachsen parallel oder geneigt zu deren Achsen erstrecken.

Aus Einfachheitsgründen werden im nachfolgenden die Ausdrücke »Verdichtergehäuse« und »Turbinengehäuse« in der Weise gebraucht, daß sie, wo es angebracht ist, auch einen starr mit dem Verdichtergehäuse verbundenen Diffusor bzw. ein starr mit dem Turbinengehäuse verbundenes Einströmgehäuse mit umschließen, mittels welchem das Gas von den Brennkammern zum Düsenring der Turbine geführt wird.

Bei den bekannten Triebwerken dieser Bauart ist das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse mittels einer kräfteübertragenden Konstruktion in Form eines starren rohrförmigen Bauteils miteinander verbunden, um den herum die im Ring angeordnete Reihe von Brennkammern liegt.

Bei einem dieser bekannten Triebwerke sind die Flansche der einzelnen Brennkammern an den Lufteintrittsöffnungen bzw. Gasaustrittsöffnungen mit entsprechenden Flanschen der Verdichtergehäuseaustrittsöffnungen bzw. Gaseintrittsöffnungen des Turbinendüsenringes in kraftschlüssiger Verbindung.

Der Zweck vorliegender Erfindung ist es, eine Kräfte übertragende Anordnung zwischen Turbine und Verdichter bei dieser Triebwerksbauart zu schaffen, die die geforderte Starrheit mit geringerem Gewichts- und Teileaufwand ergibt.

Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Turbinentriebwerk der bezeichneten Bauart, bei dem, wie bekannt, die Flansche der Brennkammern an den Lufteintrittsöffnungen bzw. Gasaustrittsöffnungen mit entsprechenden Flanschen der Verdichtergehäuseaustrittsöffmangen bzw. Gaseintrittsöffnungen des Turbinendüsenringes in kraftschlüssiger Verbindung stehen, sind sämtliche Brennkammern, von denen jede eine im wesentlichen rohrförmige Gestalt besitzt, über als gemeinsame Endflansche dienende Endplatten bzw. -flansche durch z. B. Einschweißen der Enden der Brennkammern in entsprechende Öffnungen dieser Endplatten bzw. -flansche zu einer starren, das Kornpressor- und Turbinengehäuse kraftschlüssig verbindenden, kräfteübertragenden Brennkammerbaugruppe vereinigt.

Bei dem Turbinentriebwerk nach der Erfindung besitzt natürlich jede Brennkammer in üblicher Weise ein inneres Verbrennungsrohr bzw. sogenanntes Flammrohr, das in bekannter und üblicher Weise innerhalb und im Abstand von der äußeren kräfteübertragenden Wand der Brennkammer angeordnet ist.

Turbinentriebwerk

Anmelder: D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. ν. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 18. August 1954 und 28. Juli 1955

George Frank Upton, Borehamwood, Hertfordshire, und Sidney Henry Albert Magin, Pinner, Middlesex

(Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden

Es ist bereits ein Turbinentriebwerk bekannt, bei dem das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse durch eine im wesentlichen zylindrische kräfteübertragende äußere Wand und eine aus zwei konischen Teilen bestehende kräfteübertragende innere Wand verbunden sind, die gleichzeitig zur Abstützung der Wellenlager dient. Bei diesem Triebwerk sind in dem zwischen der äußeren und der inneren Wand vorhandenen Ringkanal in einer ringförmigen Reihe Flammrohre angeordnet. Um die verdichtete Luft in die Flammrohre hineinzuleiten, sind Leitbleche angeordnet, und zwar sind an der äußeren Wand jeweils einzelne zylinderschalenförmige Leitbleche befestigt, welche jeweils den äußeren Teil eines Flammrohres im Abstand umgeben, und an der kräfteübertragenden inneren Wand ist ein im wesentlichen zylindrisches Leitblech angeordnet, welches zylinderschalenförmige Vertiefungen aufweist, die den radialen inneren Teil des Umfangs der Flammrohre im Abstand umgeben. Die Räume, die jeweils von den radial einander gegenüberliegenden Vertiefungen in den äußeren Leitblechen und dem inneren Leitblech umgrenzt sind und in denen jeweils ein Flammrohr angeordnet ist, könnte man als Brennkammern bezeichnen. Die die einzelnen Brennkammern begrenzenden Leitbleche haben bei diesem bekannten Triebwerk jedoch keine Kräfte zu übertragen. Bei dem Turbinentriebwerk nach der Erfindung werden dagegen die Kräfte zwischen dem Turbinen- und Verdichtergehäuse von den die Brennkammern umgrenzenden

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Wänden übertragen, so daß besondere kräfteübertragende Wände eingespart sind.

Die Endplatten sind bei der neuen Konstruktion ringförmig, obgleich sie aus Gewichtsersparnis gewöhnlich am Innen- und Außenrand ausgezackt sind. Jede der Endplatten kann je nachdem entweder am Turbinengehäuse oder am Verdichtergehäuse nur allein am Außenrand befestigt sein und so ausgebildet sein, daß er mit diesem Gehäuse am Innenrand eine Schiebesitzverbindung aufweist, oder die Endplatten sind sowohl am Innen- als auch am Außenrand starr mit dem Verdichter bzw. dem Turbinengehäuse verbunden.

Die Brennkammern können einzelne Rohre sein, und zwischen den einander zugekehrten Seiten der benachbarten kräfteübertragenden Rohr wände kann jeweils mindestens eine sich in Längsrichtung erstreckende \'"erbindungswand angeordnet sein, die mit den Rohrwänden, z. B. durch Schweißen, starr verbunden sind, so daß sich ein geschlossener Raum ergibt, der von den Brennkammern und den Verbindungswänden umgrenzt ist.

Bei einer anderen Konstruktion eines Innenverbrennungsturbinentriebwerkes gemäß der Erfindung kann die Brennkammergruppe zwei die Achse des Triebwerks umschließende ineinanderliegende Wände umfassen, wobei die innere Wand so geformt ist, daß sich an ihrer Außenseite eine Reihe von sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefungen ergibt, und die äußere Wand so geformt ist, daß sich an ihrer Innenseite eine gleiche Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefungen ergibt, die jeweils einer der Vertiefungen in der Innenwand gegenüberliegt.

Die zwischen den Vertiefungen liegenden Teile der Innen- und Außenwand sind dabei entweder direkt oder unter Zwischenschaltung von Wänden starr miteinander verbunden. Jede der durch ein zusammenwirkendes Paar von Vertiefungen in der Innen- und Außenwand und gegebenenfalls Paar von Zwischenwänden gebildeten, sich in Längsrichtung erstreckenden Kammern bildet die äußere kräfteübertragende Wand einer Brennkammer, während die Enden der durch die Innen- und Außenwand gebildeten Konstruktion starr mit dem Verdichtergehäuse und dem Turbinengehäuse verbunden sind.

In diesem Fall ist ein oder jedes Ende der von der Innen- und Außenwand gebildeten kräfteübertragenden Konstruktion entweder nur allein am Außenumfang starr mit dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse verbunden und am Innenumfang mittels einer Gleitsitzverbindung mit dem betreffenden Gehäuse verbunden oder sowohl am Außenumfang als auch am Innenumfang starr mit dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse verbunden. Jedenfalls versteht es sich, daß die Enden der Außenwand mit Flanschen versehen sind, durch die zum Verbinden dieser Enden mit dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse Schrauben hindurchgehen, während dann, wenn die Konstruktion auch mit einem dieser Gehäuse am Innenumfang verbunden werden soll, das entsprechende Ende bzw. jedes Ende der Innenwand ebenfalls mit einem Flansch versehen ist, der Schrauben für diesen Zweck aufnehmen kann.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine von der Seite gesehene Schnittansicht einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Brennkammergruppe;

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 von einer zweiten Konstruktion;

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigte Konstruktion in einer Ebene senkrecht zu der Brennkammergruppe;

Fig. 5 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 einer noch weiteren Ausführungsform, wobei der Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 6 verläuft, und
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform in einer Ebene senkrecht zu der Achse der Brennkammergruppe.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Konstruktion ist bei A das Austrittsende des Verdichtergehäuses angedeutet. Es schließt die üblichen Kanäle bzw. Ein-

laufe A¹ ein, die zu der Brennkammer führen. Das vordere Ende des Turbinengehäuses ist bei E angedeutet und weist die üblichen Kanäle B¹ auf, die zu dem Düsenring der Turbine führen.

Zwischen dem Verdichtergehäuse A und dem Tur-

ao bmengehäuse B ist eine Brennkammergruppe eingefügt. Diese besitzt Endplatten C und D, zwischen denen sich eine Reihe von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten, kräfteübertragenden rohrförmigen Brennkammer wänden E erstreckt, deren Enden, z. B. durch Schweißen, starr mit den Endplatten C und D verbunden sind und durch öffnungen in diesen Endplatten jeweils mit den Kanälen A¹ und B¹ in Verbindung stehen. Zweckmäßiger weise liegen die Enden der rohrförmigen Wände E, wie in

Fig. 1 gezeigt, innerhalb der Öffnungen in den Platten C und D und sind am Umfang der öffnungen an diese Platten angeschweißt.

Zwischen jedem benachbarten Paar von rohrförmigen Wänden E ist eine Verbindungswand E¹ vor-

gesehen, die mit den Wänden E verschweißt ist, so daß der Raum, in dem die inneren Umfangsteile der rohrförmigen Wände E liegen, eingeschlossen ist.

Jede der Platten C und D hat, wie gezeigt, eine Ringform. Die Platte C hat einen sich axial er-

streckenden Flansch C¹, der um die Mittelöffnung C² herum gebildet ist und mit Umfangsnuten versehen ist, um mit einem mit ihm zusammenwirkenden Teil A² des Verdichtergehäuses A einen gegen Strömungsmittel annähernd dichten Schiebesitz zu bilden.

Die Umfangsteile der Platten D und C sind mittels durch Löcher F hindurchgehender Schrauben starr mit dem Gehäuse^ bzw. B verbunden.

Es ist ersichtlich, daß die die Platten C und D und die rohrförmigen Wände E umfassende Gruppe eine

kräfteübertragende Konstruktion bildet, welche das Verdichtergehäuse A mit dem Turbinengehäuse B verbindet.

Jede der rohrförmigen Wände E bildet die Außenwand einer Brennkammer, in der das übliche Flammrohr G und seine ihm zugeordneten Teile angebracht sind. Die letzteren bilden jedoch keinen Teil der Erfindung.

Normalerweise sind nicht dargestellte Verbindungsrohre vorgesehen, welche in bekannter Weise

die Verbrennung zwischen den einzelnen Brennkammern übertragen.

Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Konstruktion ist die Austrittsseite des Verdichtergehäuses mit dem Bezugszeichen H und die Eintrittsseite des Turbinen-

innengehäuses mit dem Bezugszeichen / bezeichnet.

Bei dieser Konstruktion umfaßt die Brennkammergruppe eine innere Wand K und eine äußere Wand L, die die Achse des Triebwerks umgeben und ineinander angeordnet sind. Die Innenwand K ist so geformt, daß

sich an ihrer Außenfläche sechs sich in Längsrichtung

erstreckende, annähernd halbzylindrische Vertiefungen K¹ ergeben, und die äußere Wand L ist in ähnlicher Weise so geformt, daß sich an ihrer inneren Umfangsfläche sechs sich in Längsrichtung erstreckende, annähernd halbzylindrische Vertiefungen L¹ ergeben. Die Teile K², L² zwischen den Vertiefungen K¹ und L¹ sind, wie bei M angedeutet, mittels Schrauben miteinander starr verbunden. An ihren Enden sind die beiden Wände so geformt, daß sich sich radial erstreckende Flansche K³ und L³ ergeben. Sie können aber auch mit solchen Flanschen versehen sein. Mit diesen Flanschen sind die Enden mittels Schrauben mit dem Verdichtergehäuse H bzw. Turbinengehäuse / starr verbunden.

In den Teilen der inneren und äußeren Wand K und L, welche zwischen den durch die Vertiefungen K¹ und L¹ gebildeten rohrförmigen Kammern N liegen und miteinander, verbunden sind, sind, wie bei K^ und L⁴ angedeutet, Vertiefungen vorgesehen, die sich tangential erstreckende Kanäle bilden, durch welche benachbarte Kammern JV miteinander in Verbindung stehen, um die Verbrennung zwischen den Kammern zu übertragen.

Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Konstruktion ist das Austrittsende des Verdichtergehäuses mit dem Bezugszeichen O und die Eintrittsseite des Turbinengehäuses mit dem Bezugszeichen P bezeichnet. Bei dieser Konstruktion umfaßt die Brennkammergruppe eine Außenwand, die von drei ähnlichen Abschnitten Q¹, Q² und Q³ gebildet wird, welche mittels sich in Längsrichtung erstreckender Flansche Q⁴ starr miteinander verbunden sind. Sie bildet eine Außenwand der gleichen allgemeinen Form wie die Außenwand L bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Konstruktion, obgleich sie in Einzelheiten von dieser Form abweicht. Auch die Innenwand R hat eine ähnliche allgemeine Form wie die Innenwand K bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Konstruktion, obgleich sie ebenfalls in Einzelheiten von dieser abweicht.

Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Konstruktion sind die Innenwand R und Außenwand Q¹, Q² und Q³ zwischen den darin vorgesehenen, die Kammern >S bildenden Vertiefungen statt direkt miteinander starr verbunden zu sein, in ihrer richtigen Lage zueinander nur dadurch gehalten, daß sie an ihren Enden mit dem Verdichtergehäuse O und dem Turbinengehäuse P mittels Flanschen Q⁵ und R¹ verbunden sind und eine zusätzliche Steifigkeit durch Verbindungswände Q⁶ und R² erhalten haben, welche sich zwischen den teilzylindrischen Vertiefungen erstrecken und, z. B. durch Schweißen, starr mit den zwischen den teilzylindrischen Vertiefungen liegenden Teilen der Wände verbunden sind.

Bei dieser Konstruktion können die Flansche R¹ an den Enden der inneren Wand eine kreisförmige Mittelöffnung besitzen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die Flansche an beiden Enden der inneren und äußeren Wand können starr mit dem Verdichter- und dem Turbinengehäuse mittels durch Löcher U hindurchgehender Schrauben verbunden sein.

Bei jeder der oben in Verbindung mit den Zeichnungen beschriebenen Konstruktionen enthalten die rohrförmigen Kammern die üblichen Flammrohre und zugehörigen Teile, die die übliche Form aufweisen können und deshalb hier nicht weiter beschrieben sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Turbinentriebwerk mit Kreiselverdichter und einer mit diesem über eine Welle verbundenen, koaxial angeordneten Turbine sowie einer ringförmig angeordneten Reihe von sich zwischen dem Verdichter und der Turbine mit ihren Längsachsen parallel oder geneigt zu deren Achsen erstreckenden Brennkammer, deren Flansche an den Lufteintrittsöffnungen bzw. GasaustrittsöfFnungen mit entsprechenden Flanschen der Verdichtergehäuseaustrittsöffnungen bzw. Gaseintrittsöffnungen des Turbinendüsenringes in kraftschlüssiger Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Brennkammern, von denen jede eine im wesentlichen rohrförmige Gestalt besitzt, über als gemeinsame Endflansche dienende Endplatten (C, D) bzw. -flansche (Jß, K³ bzw. Q⁵, R¹) durch z. B. Einschweißen der Enden der Brennkammern in entsprechende öffnungen dieser Endplatten bzw. -flansche zu einer starren, das Kompressor- und Turbinengehäuse kraftschlüssig verbindenden, kräfteübertragenden Brennkammerbaugruppe vereinigt sind.

2. Turbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern einteilige Rohre (E) sind und zwischen den einander zugekehrten Seiten der benachbarten Rohr wände mindestens eine mit diesen starr verbundene Verbindungswand (E¹) vorgesehen ist, so daß sich ein geschlossener Raum ergibt, innerhalb welchem die inneren Umfangsteile der Rohrwände liegen (Fig. 1 und 2).

3. Turbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammergruppe zwei die Achse des Triebwerks als Ganzes umschließende und ineinanderliegende Wände (K, L) aufweist, wobei die Innenwand (K) so geformt ist, daß sich an ihrer Außenseite eine Reihe von sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefungen (K¹) ergibt, während die Außenwand (2) so geformt ist, daß sich an ihrer Innenseite eine gleiche Zahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Vertiefungen (L¹) ergibt, die jeweils einer der Vertiefungen in der Innenwand gegenüberliegen, und wobei jede der von einem zusammenwirkenden Paar von Vertiefungen (K¹, L¹) gebildeten, sich in Längsrichtung erstreckenden Brennkammern und das benachbarte Paar von Zwischenwänden (K², L²) die äußere kräfteübertragende Wand einer Brennkammer bildet, während die Enden der durch die Innen- und Außenwand gebildeten Konstruktion mit dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse starr verbunden sind (Fig. 3 und 4).

4. Turbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes benachbarte Paar von rohrförmigen Brennkammern radial im Abstand durch eine innere Verbindungswand (R²) und eine äußere Verbindungswand (Q⁶) miteinander verbunden ist (Fig. 5 und 6).

5. Turbinentriebwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der äußeren Wand (L bzw. Q¹, Q², Q³) und mindestens an einem Ende der inneren Wand (K bzw. R) ein Flansch gebildet bzw. vorgesehen ist, durch welchen das jeweilige Ende der Brennkammergruppe mit dem Verdichtergehäuse (H bzw. P) bzw. dem Turbinengehäuse (/ bzw. O) verbunden ist.

6. Turbinentriebwerk nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wand (K) und die äußere Wand (L) miteinander direkt verbunden sind und daß in denjenigen Teilen (K², L²), welche zwischen benachbarten Brennkammern

liegen und aufeinander aufliegen, sich in tangentialer Richtung erstreckende Vertiefungen (K⁴=, L¹) gebildet sind, die Durchgänge bilden, die mit ihren Enden mit den benachbarten Brennkammern in Verbindung stehen, um die Verbrennung zwischen ihnen zu übertragen (Fig. 4).

7. Turbinentriebwerk nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand in Längsrichtung in einzelne Abschnitte (Q¹, Q², Q³) geteilt ausgeführt ist, wobei die einzelnen Abschnitte untereinander über Längsflansche (Q*) und gegenüber dem Verdichtergehäuse (P) und dem Turbinengehäuse (O) jeweils über einen zugehörigen Flanschabschnitt (Q⁵) verbunden sind.

8. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umfangsteil der Brennkammergruppe an seinen Enden mit dem Verdichtergehäuse und dem Turbinengehäuse starr verbunden ist, während der innere Umfangsteil der Brennkammergruppe an dem einen Ende mit dem einen Gehäuse starr verbunden ist und gegenüber dem anderen Gehäuse durch Teile der Brennkammergruppe(C¹) bzw. des Gehäuses (A²) in seiner Lage gehalten wird, welche sich in Längsrichtung gegeneinander verschieben können (Fig. 1).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 807 574, 829 829;
schweizerische Patentschriften Nr. 263 382,
195;

französische Patentschrift Nr. 1 038 694;
britische Patentschriften Nr. 606 526, 644 031;
USA.-Patentschrift Nr. 2 645 412.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen