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Gasturbinentriebwerk Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk
mit einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und einer ringförmigen Abgasleitung,
die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, bei dem die ringförmige
Abgasleitung durch einen äußeren Gehäuseteil und einen inneren kegelstumpfförmigen
Teil begrenzt ist, dessen stromabwärtiges Ende den Abgasen im Bereich des Nabennachlaufs
eine Ringwirbelströmung erteilt.
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Ein solches Triebwerk ist bekannt.
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Im Bereich der Wirbelströmung baut sich bei solchen Gasturbinentriebwerken
ein erhöhter Druck auf. Es ist weiter bekannt, bei Gasturbinentriebwerken Luft vom
Verdichter abzuzapfen und diese Luft zwecks Kühlung durch Lager und andere zu kühlende
Teile zu führen. Man läßt diese Luft in der Regel nach Besorgung ihrer Kühlfunktion
in den Abgasstrom einfließen.
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Versucht man dieses Prinzip anzuwenden auf ein Gasturbinentriebwerk
der eingangs bezeichneten Bauart, so stößt man auf die Schwierigkeit, daß man die
Kühlluft, die unter niedrigem Druck steht, nicht in den Bereich des Abgaswirbels
austreten lassen kann, weil dort, wie gesagt, höherer Druck herrscht.
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Um diese Schwierigkeit zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Gebläse
vorgesehen, das von einer Stufe des Verdichters abgeführte und zur Kühlung von Triebwerkteilen
verwandte Druckluft nach Besorgung der Kühlfunktion in den Ringwirbel drückt.
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Nach einer besonders einfachen Ausführungsform ist das Gebläse ein
umlaufendes Schaufelrad, das die von den gekühlten Teilen kommende Druckluft in
die Abgase fördert. Man kann bei dieser besonders einfachen Konstruktion die durch
Zentrifugalkraft verdichtete Druckluft von den radial äußeren Enden des Zentrifugalrads
abnehmen.
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Das Zentrifugalrad kann kraftschlüssig mit der Hauptwelle oder einer
der Hauptwellen des Triebwerks verbunden sein, auf der wenigstens ein Teil des Verdichters
oder der Turbine sitzt.
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Konstruktiv bietet sich die Möglichkeit, das Zentrifugalrad auf ein
Rohr zu setzen, das koaxial zu einer Hauptwelle des Triebwerkes und mit dieser Hauptwelle
verbunden ist; die Druckluft kann man dann durch dieses Rohr in die Ansaugöffnung
des Zentrifugalrads fließen lassen. Das Rohr kann an ein oder mehrere Hauptlager
des Triebwerks angeschlossen sein, welche die Hauptwelle oder die Hauptwellen abstützen.
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Die Figuren erläutern die Erfindung. Es stellt dar F i g. 1
eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, eines erfindungsgemäßen Gasturbinentriebwerks,
F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt zu F i g. 1.
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Ein Gasturbinentriebwerk 10 umfaßt in Strömungsrichtung eine
Verdichtungsanlage 11 mit einem Niederdruck-Axialverdichter und einem Hochdruckverdichter,
eine Brennkammer 12, eine Turbinenanlage 13 mit einer Hochdruck- und einer
Niederdruckturbine 14, 15 und mit einer Abgasleitung 16.
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Die Turbinenscheiben 14, 15 sitzen auf koaxialen Hauptwellen
17 bzw. 18, auf welchen auch der Hochdruck- bzw. Niederdruckverdichter
angeordnet ist. Ein Hauptlager 20 stützt die Hauptwelle 17 auf dem Aufbau
21 ab und ein Haupt-Zwischenwellenlager 22 stützt die Hauptwelle 18.
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Die Abgasleitung 16 umfaßt ein äußeres Gehäuse 23 und
ein inneres kegelstumpfförmiges Glied 24, das starr am äußeren Gehäuse durch eine
Vielzahl von winkelmäßig versetzten, radial angeordneten Schaufeln 25 angebaut
ist. Dieses kegelstumpfförmige Glied 24 hat ein offenes stromabwärtiges Ende
26, in welchem ein ringförmiges, konkaves Wandglied 27
angeordnet ist,
welches im Glied 24 eine geschützte Zone 28 bildet. Dieses Glied
27 ist an seinem radial nach außen liegenden Ende durch das Glied 24 und
an seinem radial nach innen liegenden Ende durch eine radiale Scheibe
30 abgestützt, die ebenfalls mit dem Glied 24 verbunden ist.
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In der Mitte der geschützten Zone 28 befindet sich ein Fliehkraftladerad
31 mit axial versetzten Scheiben
32, 33, die durch
an der Scheibe 33 befindliche Angässe zusammengebaut sind. Zwischen den Scheiben
32, 33 befinden sich Schaufeln 34 a.
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Eine Nabe 35 ist an der Scheibe 33 befestigt und erstreckt
sich mittig in die geschützte Zone 28. An der Scheibe 32 ist ein Rohr
36 befestigt, und dieses Rohr kommuniziert mit der Ansaugöffnung
37 des Laderads 31. Das Rohr 36 ist antriebsmäßig mit einem
ringförmigen Blechteü 40 verbunden, welcher an der Innenfläche der Hauptwelle
18 angebaut ist. Ein weiterer Blechdeckel 41 ist ebenfalls innerhalb der
Hauptwelle 18 vorgesehen und bildet mit dem Teil 40 eine radiale Strömungsleitung
42, die mit dem Rohr 36 kommuniziert.
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Radiale Bohrungen 43 in der Hauptwelle 18 kommunizieren mit
der Leitung 42 und mit dem Raum 44 zwischen den Hauptwellen 17 und
18. Bohrungen 45 in der Hauptwelle 17 verbinden den Raum 44 mit einer
Ringkammer 46 zwischen der äußeren Oberfläche der Welle 17 und einem ringförmigen
Blechteil 47. Bohrungen 50 verbinden die Kammer 46 mit einem zwischen der
Hauptwelle 17 und dem Aufbau 21 gebildeten Raum 51.
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Beim Betrieb strömen die Abgase durch die Ab-
gasleitung
16 und in die geschützte Zone 28, wo sie eine durch die Pfeile
52 angedeutete Wirbelströmung hervorrufen. Diese Gase bilden stromabwärts
des kegelstumpfförinigen Teils 24 eine Hochdruckzone und stellen dadurch eine wirksame
Verlängerung dieses Teils dar, indem sie eine im wesentlichen konische Luftzone
schaffen, welche dazu beiträgt, die Abgase beim Ausströmen in die Außenluft zu leiten.
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Die normalerweise durch ein axial angeordnetes Rohr, das sich durch
einen mittigen, konischen Aba geleitete Kühl-"asteil erstreckt, an die Außenluft
ab., luft kann nicht auf diese Art und Weise entfernt werden, da hier kein solches
konisches Glied vorhanden ist, das durch die bereits beschriebene Ausbildung der
Luftströmung ersetzt ist.
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In diesem Fall wird die Kühlluft nach ihrem Einsatz in den durch das
Triebwerk strömenden Gasstrom stromabwärts der Stufe eingeblasen, von weI-cher die
Kühlluft vom Verdichter abgezapft wurde. Da der Druck des Gasstroms höher ist als
der der Kühlluft, muß diese auf einen höheren Druck gebracht werden, als der der
Gase an der Stelle, an welcher die Kühlluft in den Gasstrom eingeleitet wird.
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In der vorliegenden Anordnung strömt die Kühlluft nach ihrem Abzapfen
von einer Stufe des Verdichters in den Raum 51 und -über die Bohrungen
50, den Raum 46 und die Bohrungen 45 in den Raum 44, um die Lager 20, 22
zu bestreichen und diese zu kühlen. Von hier strömt die Luft über die Bohrungen
43, die Leitung 42 und das Rohr 36 zur Ansaugöffnung 37 des Laderads
31. Die Luft strömt dann radial durch das Fliehkraftrad 31, wird durch
die Schaufeln 34 a beim Umlaufen des Laderads verdichtet, wobei dieses Laderad durch
die Hauptwelle 18 des Triebwerks angetrieben wird. Die unter Druck gesetzte
Kühlluft verläßt die radial außenliegenden Enden des Laderads 31 und strömt
in die Wirbelströmung innerhalb der geschützten Zone 28 ein, vermischt sich
mit den Abgasen und wird an die Außenluft abgegeben. Es ist zu ersehen, daß die
Kühlluft nicht in den durch die Abgasleitung strömenden Abgasstrom abgeblasen werden
muß, sondern auch auf andere Art und Weise abgelassen werden kann. Das Laderad muß
nicht unmittelbar durch die Hauptwellen angetrieben werden, sondern kann auch durch
ein Zwischengetriebe oder anderweitig betrieben werden. Die Kühlluft kann zum Kühlen
jedes Teils des Triebwerks und nicht nur zum Kühlen der Hauptlager verwendet werden.
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Die Erfindung eignet sich gleichermaßen für Triebwerke mit einer und
für Triebwerke mit zwei Wellen.