DE1601554A1

DE1601554A1 - Rotor fuer Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE1601554A1
Application number: DE19671601554
Authority: DE
Inventors: Sumey Ivan Edwin; Earle Jun Roger Tiedeman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-09-26
Filing date: 1967-05-09
Publication date: 1971-01-21
Also published as: US3433020A; NL6708850A; GB1179797A; CH485946A; JPS5019681B1; BE700428A

Description

TJnser Zeichen; G 1090

Rotor für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung bezieht aioh auf Gasturbinentriebwerke und insbesondere auf einen sioh drehenden Bauteil oder auf sich drehende Bauteile für derartige Triebwerke,

Gasturbinentriebwerke weisen einen sioh drehenden Bauteil auf, der üblicherweise als Rotor bezeichnet wird und von diesem Rotor aus eratreoken aioh Schaufeln in einen ringförmigen Gasströmungsweg, der sioh duroh das Triebwerk hindurch erstreckt. Im allgemeinen ist der Rotor drehbar duroh eine Anzahl von Lagern gelagert. Damit sioh der Rotor thermisch aus-dehnen kann und damit die Spannungen im Rotor auf ein Minimum herabgesetzt werden können, ist der Rotor lediglich mittels eines Druck- oder Sohublagers gelagert, wobei die Üblichen Lager eine relative Axialbewegung des Rotors ermöglichen. Bei diesem Aufbau wird das Drucklager, der Gesamtsumme der axialen Kräfte ausgesetzt, die auf den Rotor übertragen werden·

Sei/R. . "

009884/0385 —^a*

Diese Kräfte umfassen die Reaktionskräfte an den Rotorschaufeln, die entstehen, wenn diese Rotorschaufeln den Gasstrom komprimieren oder wenn diese Rotorschaufeln vom Gasstrom angetrieben werden«, Zusätzliche Kräfte werden duroh Gasdrucke erzeugt, die auf die radial sich erstreckenden Teile des Rotors einwirken» Einige dieser Gasdrucke, nämlich insbesondere diejenigen, die auf die Schaufelabschnitte des Rotors einwirken, sind vorherbestimmbar und können deshalb durch die Gestaltung des Rotors kompensiert werden. Dies ist der fall, weil die Größe dieser Kräfte hauptsächlich vom Druck des Ringgasstromes an dieser Stelle abhängt und dies ist eine Funktion des Triebwerksbetriebszustandes.

Die Gasdrucke, die jedoch auf den Rotor zwischen den Schaufelabschnitten einwirken, sind nicht voerherbestimm— bar* Es war üblich, Dichtungen an den Enden der Schaufelabschnitte des Rotors vorzusehen, um die Gasverluste aus dem ringförmigen Gasstrom auf einen Minimalwert herabzusetzen. Das Gas, welches an diesen Dichtungen vorbeiströmte, wurde duroh Kammern geführt, welche zu den radialen Abschnitten des Rotors hin geöffnet waren und weiterhin wurde dieses Gas duroh Leitungen zu einem stromab gelegenen Abschnitt des ringförmigen Gasstromes geleitet. Eines der Probleme, welche bei einem derartigen Aufbau auftreten, besteht darin, daß, wenn die Dichtungen abgenutzt werden, eine zunehmende Gasströmung .

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durch

durch die Kammern einen erhöhten Druck erzeugt und zwar wegen des Widerstandes der Gasleitungen«,

Diese Druckerhöhung verändert lediglich die resultierende Kraft, die auf das Schublager ausgeübt wird und es kann sogar die Schließung dieser resultierenden Kraft verändert werden* Wenn diese Inderungen während des normalen Sriebwerkbetriebes auftreten, kann die Lebensdauer des Schublagers ganz wesentlich beeinträchtigt werden«

Es ist ein Ziel der Erfindung, die auf den sich drehenden Bauteil oder auf die sich drehenden Bauteile von Gasturbinentriebwerken einwirkenden axialen Kräfte auf ein Minimum herabzusetzen und in einer Richtung auszurichten und av/ar unabhängig von Leckagen an der Dichtung, während des normalen Iriebwerkbetriebes·

Gemäß der Erfindung ist eine Einrichtung für ein Gasturbinentriebwerk vorgesehen, welches einen ringförmigen Strömungsweg für einen Gasstrom aufweist, einen sich drehenden Bauteil, der aus einem Rotorpaar besteht, die Schaufeln auf weisenj die sich in den Gasstrom hinein erstrecken, wobei zwischen den Rotoren ein Wellenabschnitt mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser vorgesehen ist, und viobei die Rotoren und Schaufeln Kräften ausgesetzt sind ₉ die eine Äxialbeaufschlagung des sich drehenden Bauteiles erzeugen, welches sich in der.Größe und Sich

tung

tung unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Triebwerkes ändert, -wobei ein Sohublager vorgesehen ist, um den sich drehenden Bauteil drehbar zu lagern und wobei erfindungsgemäß wenigstens zwei getrennte Kammerbauteile vorgesehen sind, um Kammern zu bilden, die im allgemeinen ringförmige Wandungen und gegenüberliegende radiale Oberflächen des Rotors umfassen, wobei eine der Kammern wenigstens eine im allgemeinen ringförmige Dichtung zwischen der Wandung und den Rotoren aufweist und wobei Kanäle vorgesehen sind, die einen Strömungsweg mit geringem Widerstand zwischen den Kammern und dem G-asstrom bilden, wobei in diesen Kammern der Druck des Gasstromes aufreoht erhalten wird und zwar unabhängig von leokströmen des Gases duroh die Dichtungen und wobei die radialen Oberflächen der Rotoren derart ausgewählt sind, daß die resultierende axiale Kraft, die auf den sich drehenden Bauteil ausgeübt wird, auf ein Minimum herabgesetzt sind und während des normalen Betriebes des Triebwerkes in einer Richtung wirksam ist.

Die im vorstehenden aufgeführten und weiteren Ziele und Merkmale der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die !Figuren der Zeichnung erläutert werden· Es zeigen;

Fig. 1 ein© vereinfachte Ansioht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasturbinentriebwerkes,

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Fig. 2

RLg. 2 eine Längssennittansiaht des in lig_o 1 dargestellten Triebwerkes und

Fig. 5 eine Längsschnittansioht eines anderen Teiles des in lig. 1 dargestellten Triebwerkes„

lig. 1 zeigt in vereinfachter Weise ein Zweistromtriebwerk 10, welches ein By-Pass-Geblase 11, einen Triebwerksabschnitt 12 und eine Mederdruckturbine 14 aufweist. Ein ringförmiges Gehäuse 15 bildet einen Lufteinlaß, wobei die Luft durch das Gebläse 11 komprimiert wird, und wobei diese Luft an einer Reihe von Statorschaufeln 16 vorbei zu einer By-Pass-Luftaustrittsdüse 18 geleitet wird, die durch das Gehäuse 15 und einen äußeren Gehäuseteil 19 des Triebwerkes 10 gebildet wird. Ein Teil der Gebläseaustrittsluft tritt in einen ringförmigen Kanal 20 ein und wird zum Triebwerksabsohnitt 12 geführt, welcher einen Kompressor 21 aufweist, der die Luft hoch komprimiert um diese an eine Brennkammer 22 abzugeben. Brennstoff wird in die Brennkammer 22 durch an sich bekannte Vorrichtungen eingespritzt und das sich ergebende Brennstoff-Luftgemisch wird in an sich bekannter Weise gezündet, um einen ringförmigen heißen Gasstrom hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Der heiße Gasstrom, der aus der Brennkammer 22 austritt, geht duroh eine Triebwerks turbine 23 und duroh eine Gebläsetürbine 14 hinduroh. Der aus der Geblaseturbine 14 austretende heiße

009884/0385 Gasstrom

Gasstrom tritt durch, eine Düse 24 aus. Dadurch wird eine Antriebskraft des Triebwerkes 10 erzeugt, welche zusätzlich zu der Antriebskraft wirksam ist, die durch die Luft erzeugt wird, welche aus der By-Pass-Austrittsdüse 18 austritt.

Der Rotor der Turbine 23 und der Rotor des Kompressors 21 sind miteinander verbunden, um einen Triebwerksrotor 25 zu bilden. In gleicher Weise sind der Rotor der Niederdruckturbine 14 und· der Rotor des Gebläses 11 miteinander verbunden, um einen Gebläserotor 26 zu bilden, der konzentrisch zum Triebwerksrotor 25 angeordnet ist. Der Triebwerksrotor 25 ist drehbar mittels einer Reihe von Kugellageranordnungen 27 und durch das Sclrublager 28 gelagert· Der Gebläserotor 26 ist durch, eine Reihe von Kugellagern 29 und durch das Schublager 30 gelagert«, Die Kugellager 27 und das Schublager 28 sind an radialen Streben 31» 33 und 32 gelagert, die sich zu einem Triebwerksgehäuseabschnitt 34 des Triebwerkes 10 hin erstrekken. In gleicher Weise sind die Kugellager 29 und das Schublager 30 mit den radialen Streben 31 _t 33 und mit den radialen Streben 35 verbunden, die sich ebenfalls zum Gehäuse 34 hin erstrecken« Wenn sioh das triebwerk 10 in Betrieb befindet, werden axiale Kräfte auf die Rotoren 25 und 26 ausgeübt und diesen axialen Kräften wirken die Schublager 28 und 30 entgegen. Das Gebläse und der Kompressor 21 erzeugen bei der Kompression der

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durch, diese Teile hindurchgehenden luft eine Reaktionskraft in Vorwärtsrichtung· Die Hochdruck- und Niederdruckturbinen 23 und 14 erzeugen bei der Entnahme von Energie aus dem heißen Gasstrom Reaktionakräfte, die in Heekrichtung ausgerichtet sind. Zusätzlich erzeugen die Bracke j, die duroh den ringförmigen Gas strom auf die Schaut©i£.l3sohnitte des Gebläserotors und des Triebwerksrotora ausgeübt werden, axiale Kräfte an den Rotoren, die im allgemeinen entgegengesetzt zu den Reaktionskräften sind, die durch das Gebläse, den Kompressor und die Turbine erzeugt werden. Im allgemeinen können diese Kräfte derart in Beziehung zur Rotordrehzahl stehen, daß diese Kräfte mit höherer Rotordrehaahl größer werden₀ Es sei jedoch bemerktg daß einige dieser Kräfte mit unterschiedlichen Raten gegenüfe^i.³ aaäerea Kräften zunehmen. Daraus folgt, daß die axialen Kräfte, welche die Drucklager aufnehmen müssen, ihre Richtung ändern, wenn die Triebwerksdrehzahl erhöht wird, wobei diese Richtungsänderung zusätzlich zur Änderung der Größe der Kräfte auftritt·

Zusätzliche axiale Kräfte, die auf die Rotoren 25 und 26 ausgeübt werdenf^Mehea duroh die Gasstrome _s die verschiedenen Quellen entstammen, wobei diese Gase verwendet werden, ma die Rotoren zv;is©hen den Sehaufelabsehmitten zu kühlen, ©des· abzugleichen. Gemäß der Erfindung werden die Druckbelastungen auf den radial sich erstreckenden Abschnitten der Rotoren 25 und 26 auf Werten gehalten, die

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bewirken,

bewirken, daß die auf die Drucklager einwirkende resultierende Kraft auf ein Minimum herabgesetzt wird, und eine konstante Richtung für den normalen zu erwartenden Betriebsbereich des Triebwerkes 10 aufweist, beispielsweise für den Reiseflugbetrieb.

Es sei nun auf Mg. 2 Bezug genommen, welche im einzelnen das eigentliche Triebwerk 12 darstellt» Der Triebwerksrotor 25 weist eine Anzahl Kompressorsohaufein 36 auf, wobei diese Schaufeln an einer Reihe von miteinander verbundenen Scheiben 37 montiert sind, wodurch ein mehrstufiger Kompressorrotor gebildet wird. Die Scheiben 37 werden, von einem konischen Rotorelement 38 getragen, und drehen sich mit diesem. Dieses Rotorelement 38 ist mit einer der Scheiben 37 verschraubt und ist an einer rohrförmigen Welle 39 befestigt, welche im Schublager 28 gelagert ist. Dieses Schublager 28 ist an den radialen Streben 32 mittels eines konischen Trägers 41 befestigt. Ein zweites konisches Rotorelement 40 erstreckt sich von der rohrförmigen Welle 39 aus und ist mit dem Rotor der Hochdruckturbine 23 verschraubt. Diese Hochdruckturbine 23 weist eine Anzahl von Turbinensohaufein 43 auf, die in TJmfangsrichtung an Turbinenscheiben 44 montiert sind. Es aind zwei derartige Scheiben 44 vorgesehen. Die Turbinenscheiben 44 sind mittels eines konischen Turbinenrot ore lemente a 45 miteinander verbunden und ferner mittels eines gebogenen ringförmigen Hitzesohildes 46.

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Ein

lin zweites konisches Turbinenrotorelement 47 ist an der hinteren Scheibe 44 angeschraubt und ist in Kugellagern 27 gelagert. Dieses Kugellager ist durch nicht dargestellte Einrichtungen an den radialen Streben 33 befestigt.

Ein ringförmiger Strömungsweg für den Gasstrom ist durch das Triebwerk 12 hindurch vorgesehen, wobei sich dieser ringförmige Strömungskanal durch den Kompressor 21 und die Turbine 23 hindurch erstreckt. Der ringförmige Strömungsweg durch den Kompressor 21 wird außen vom Triebwerksgehäuse 34 begrenzt, welches eine Anzahl von Kompressorschaufeln 48 trägt, die zwischen benachbarten Kompressorschaufelstufen angeordnet sind. Ein ringförmiger Kanal 49 ist im Abstand vom Kompressorrotor angeordnet, um die innere Begrenzung eines Kompressroraustrittsdiffusorkanales zu bilden. Ein zweiter ringförmiger Kanal 51 ist am Kanal 49 angeschraubt und bildet die innere Grenze eines gegabelten Kühlungskanal-es, der sich um die Verbrennungskammer 22 herum erstreckt. Der ringförmige Kanal 51 ist an einem Turbinenleitkranz 52 befestigt, welcher die Austrittsgase der Brennkammer 22 aufnimmt. Der Turbinenleitkranz 52 ist an einem ringförmigen Kanal 53 befestigt, welcher die äußere Begrenzung des ringförmigen Strömungswegeβ durch die Turbine 23 bildet. Eine Anzahl von Turbinenaohaufeln 54 ist am Kanal 53 zwischen benachbarten lurblnenrotoreDhaufeln 43 be-

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festigt.

festigt. Der ringförmige Kanal 54 ist am Triebwerksgehäuse 34 mittels eines konischen Bauteile 55 befestigt der radiale Rippen 56 aufweist, die sich zum Kanal 54 hin erstrecken. Ein ringförmiger Kanal 57 ist hinter der hinteren Turbinensoheibe 44 angeordnet, um die inneren Grenzen des ringförmigen Strömungsweges von der Hoohdruckturbine 23 zur liederdruckturbine 14 zu bestimmen«

Bin Teil des ringförmigen Gasstromes durch das Triebwerk

und/
12 wird zur Kühlung für andere Druckbeaufschlagungszwecke verwendet. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sich ein konischer Bauteil 60 vom Ende der Strebe 32 aus erstreckt und mit dem konischen Rotorelement 38 bei einer Dichtung 61 in Eingriff steht. Die Außenseite des konischen Bauteiles 60 begrenzt teilweise eine Kompressorauatrittadruckkammer 62, die von der Kompressorauatrittaluft unter Druck gesetzt wird, welche in die Kammer 62 duroh die Öffnung zwischen dem Kanal 49 und dem Kompressorrotor 21 eintritt. Die Luft strömt dann durch die Dichtung 61 hindurch und gelangt in eine Wiedergewinnungakammer 63, die am Umfang von einem ringförmigen Leitungabauteil 64 begrenzt wird, der an der Baals der radialen Streben 32 befestigt iat. Der Leitungabauteil 64 weiat öffnungen auf, damit die luft aua der Wiedergewinnungakammer 62 duroh einen Teil der Streben 32 hinduroh strömen kann, damit diese Luft an einer stromab gelegenen.Stelle

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in .

in die Gasströmung zurückgeführt werden kann. Die hintere Seite der Wiedergewinnungskammer 63 wird durch einen ko~ nisGhen Bauteil 65 gebildet, der sich von der Basis der Streben 32 aus erstreckt und der mit der rohrförmigen Welle 39 bei der Dichtung 66 in Eingriff steht.

J:la Seil der Luft im gegabelten Kühlungskanal der Ver-"brennmigskammer wird verwendet, um die Otyrbinenschaufel 43 zu kühlen. Zu diesem Zweck sind verhältnismäßig große Öffnungen 67 im Kanalabschnitt 51 vorgesehen, um Luft in eine Triebwerksrotorabgleichkammer 68 einzuführen <> Diese Kammer wird teilweise durch einen ringförmigen Kanal 69 begrenzt, der sich vom hinteren Ende der Streben 32 aus zum Kanal 51 erstreckt, lerner wird diese Kammer durch einen koais'elaea Bauteil 70 begrenzt , der sich vom Kanal 51 aus erstreckt und der mit dem konischen Rotorelement 40 bei der Dichtung 7$ in Eingriff steht» Die Luft aus der Rotorausgleichskammer 68 geht dureh die verhältnismäßig großen Öffnungen 74 im konischen Rotorelement 40 hindurch und gelangt ins Innere des Triebwerksrotors 25» wobei dieser Abschnitt durch ein Rohr 138 abgeschlossen ist, welches sich von der Basis des konischen Rotor-elementee 40 zum Turbinen3?otorelement 47 hin erstreckte Eine Anzahl von Öffnungen 75 ist im Verbindungselement 45 des Rotors vorgesehen? um Luft aus dem Inneren des Triebwerkrotors 25 zu den Q}urbin©n<schaufeln 43 ^u leiten*» wobei diese Schaufeln Kanäle

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aufweis en,

aufweisen, die für Kühlzweeke vorgesehen sind. Ein Teil der aus der Rotorabgleiahskammer 6S stammenden Luft geht durch die Dichtung 73 hindurch und gelangt in eine Turbineneintrittakammer 76» um das äußere Ende der vorderen Turbinenseheibe 44 zu kühlen. Es ist ein Verhältnismäßig großer Auslaß für die Kammer 76 vorgesehen, der durch einen Ringkanal 77 gebildet wird, der am Ende des Kanalea 51 angeschraubt ist und der in axialem Abstand vom vorderen Ende des Turbinenrotors 44 angeordnet ist. Die Luft in der Kammer 76 kann somit in den Gasstrom eintreten, wobei diese Luft für Kühlzwecke durch die Turbine 23 hindurchgeleitet wird. Das hintere Ende der hinteren Turbinenscheibe 44 wird durch Kompressorrotorluft gekühlt. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 139 (!ig· 1) vorgesehen, die von einer Stufe des Kompressors 21 zu den Streben 33 führt, um Luft in die hohlen Streben 33 einzuleiten. Die Streben 33 sind an ihren inneren Enden verschlossen und Leitungen 78 erstrecken sich zu einem ringförmigen Kühlluftverteiler 79, der mit einer ringförmigen Terlängerung 80 des Turbinenrotorelementee 47 bei den Dichtungen 81 und 82 in Eingriff steht· Die Luft, die durch die Dichtung 81 hindurchgeht, tritt in eine Turbinenaustrittskammer 83 ein, die teilweise vom vorderen Teil eines Ringes 84 begrenzt wird, der an der Baais der Streben S3 befestigt ist, Ferner wird diese Kammer duroh einen konisohen Kanal 85

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begrenzt, der sich nach vorn zu einem Ring 86 hin erstreckt, der am Kanal 57 befestigt ist* Der Profilring 86 ist im Abstand vom Ende der TurbiEnenscheibe 44 angeordnet, um einen Auslaß für die luft zu schaffen, die aus der Turbinenaustrittskämmer austreten will, damit diese Luft in den heißen Abgasstrom aus der Turbine 23 eintreten kann»

Wenn das Triebwerk 10 in Betrieb ist, wirken die Drucke in den Kammern 62,.68, 76 und 83 auf den Triebwerksrotor 25 ein , um Axialkräfte zu erzeugen, die, wenn sie zu den vorher erwähnten Kräften hinzugeführt werden, die durch den Kompressorrotor und den Turbinenrotor erzeugt werden, eine resultierende Axialkraft erzeugen, die auf das Schublager 28 einwirkt« Da jede Kammer eine verhältnismäßig große Öffnung zum ringförmigen Gasstrom hin aufweist, der durch das Triebwerk hinduroh strömt, werden die Kammern unter einem Druck gehalten, der dem Druck des ringförmigen Gasstromes an dieser Stelle entspricht. Weiterhin bilden die relativ großen Öffnungen einen vernaohlässigbaren Widerstand gegen _t die Strömung des Gases duroh diese öffnungen und dies führt dazu, daß der Druok in den Kammern duroh eine Erhöhung der Strömung infolge einer Dichtungdleokage verhältnismäßig unbeeinflußt ist.

Die Axialkräfte, die auf den Triebwerksrotor 25 einwir-

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ken

ken und die sich aus den -Drucken in diesen Kammern ergeben, hängen hauptsächlich vom Triebwerksbetriebszustand. ab, de. diese Drucke direkt in Basiehung zum Triebwerksarbeitsapiel stehen.

Die !lachen, auf die diese Kräfte einwirken, werden dadurch ausgewählt, daß die Dichtung 73 am konischen Rotorelement 40 derart angeordnet wird, daß eine resultierende ■Axialkraft erzeugt wird, die, wenn sie den Kräften hinzugeführt wird, die "durch den Kompressor und die Turbine erzeugt werden, eine endgültige auf das Schublager 28 einwirkende Axialkraft ergibt, die einen minimalen Wert hat. Zusätzlich die Anordnung der Dichtung 73 derart gewählt, daß eine Änderung der !Richtung der axialen Kraft, die auf das Schublager 28 ausgeübt wird, erzeugt wird, die unterhalb dea normalen Betriebsbereiches des Triebwerkes 10 liegt, um eine Axialkraft auf das Schublager 28 auszuüben, die in gleicher Richtung verläuft und die während dea normalen Betriebeszustandes des Triebwerkes einen Minimalwert hat· Durch die Herabsetzung der Axialbelastung dea Schublagera 28 wird dessen Betriebslebensdauer ganz erheblich erhöht·

Bs sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Pig· 3 zeigt einen ähnliohen Schubabgleich für den G-ebläserotor 26, wobei bemerkt aei, daß Teile dieses Rotors nioht dargestellt aind. Der Gebläserotor 26 weiat eine Reihe von am Umfang

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montierten

montierten Schaufeln 90 auf, die sioli tob einer Gebläsesoheibe 91 aus erstrecken· Diese Scheibe 91 ist an einem gestuften konischen Rot or element 92 angeschraubt» -welches an einer rohrförmigen Welle 93 befestigt ist* Das konis©lie Rotorelement 92 ist in einem Kugellager 29 drehbar gelagert© Das Kugellager 29 ist an einem konischen Bauteil 94 "befestigtρ tje.loner an einem flansch 95 der Ge-Oläsestatorschaufel 16 "befestigt ist. Di« rohrförmige Welle 93 ist im Schublager 30 gelagert» Das Schublager 30 ist durch nicht dargestellte Einrichtungen an der Strebe 31 befestigt. Die rohrförmige Welle 93 erstreckt sich durch das Innere der rohrförmigen Triebwerksteile 39 hindurch zu einem konischen Rotorelement 96_s welches am Rotor d©3? ©©"bläsenieaerdruokturbine 14. "befestigt ist»

Der Rotor der Gefeläsesrlederdrucktu^Mn© 14 weist ■ ©ine Reihe τοη. Turbinenschaufeln 97 auf_s die in TJmfaags richtung um miteinander verbundene Turbinenscheiben 98 herum angeordnet sind, um Turbinenschaufelstufen zu bilden* Ein konisches Turbinenrotorelement 99 ist mit einer der Türbinenscheiben 98 versohraubt imd ist drehbar im Kugellager- 29 gelagert, welches an der radialen Strebe 35 mittels -eines konischen Trägers 100 befestigt ist ο

Eine ringförmige Strömung durch das Gebläse 11 und die Turbine 14 wirä mittels eines ringförmigen ß-eiiäußes 101

erzeugt,

erzeugt, -welche sich zwischen benachbarten Gebläseschaufeln 90 an der Basis dieser Schaufeln, erstreckt. Ein zweiter, ringförmiger Mantel 102 ist im Abstand von der hinteren Kante der Gebläsescheibe 91 angeordnet und bildet die inneren Grenzen der ringförmigen Strömungsbahn und hierdurch wird ein Einlaß für das eigentliche Triebwerk 12 gebildet. Die Gase, die durch das Triebwerk 12 hindurch strömen und die von der Hochdruckturbine 23 abgegeben werden, gelangen in eine ringförmige Auslaßkammer, die durch die Abschnitte 53 und 57 begrenzt wird. Diese Abschnitte erstrecken sich zu einem Niederdruckturbinen-Lei tkranz 103» der das Eintrittsende der Uiederdruckturbine 14 bildet. Die äußere Begrenzung des ringförmigen Strömungskanals durch die Hiederdruekturbine 14 wird durch das Triebwerksgehäuse 34 gebildet, welches eine Anzahl von Turbinenschaufeln 105 trägt, die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander zwischen benachbarten Turbinensehaufelstufen 97 angeordnet sind. Die innere Begrenzung des Strömungswegea durch die Turbine 14 wird durch die miteinander verbundenen Turbinenscheiben 98 gebildet, wobei diese Scheiben 98 mit den Statorschaufeln 104 an Dichtungsstellen 105 in Eingriff stehen, wobei am vorderen Enie eine Dichtung 106 vorgesehen ist. Die von der Turbine.14 fortführende Strömungsbahn wird am äußeren Umfang vom Gehäuse 34 begrenzt, und am inneren Umfang duroh einen leitungsabsohnitt 107, der in axialem Abstand gegenüber der hinteren Turbinenscheibe . 009884/0385

98 angeordnet ist· Dieae Strömungsbahn führt zu der in 3?ig. 1 dargestellten Austritts düse 24»

Wie bei dem Triebwerksabschnitt 12 wird ein Teil des Gasstromes, der durch das Gebläse 11 und die Turbine 14 hindurch strömt, für Kühlzwecke und für Zwecke der Druckbeaufschlagung verwendet· In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Kanalabschnitt 102 mit der Scheibe 91 einen Einlaß für eine Gebläsedruckkammer 118 bildet, die ferner von einem konischen Hingbauteil 119 begrenzt wird, der sich vom Bauteil 94 aus erstreckt und der mit einem ringförmigen Vorsprung 120 des gestuften konischen Rotorelementes 92 bei der Dichtung 121 in Eingriff steht. Die Luft, die in die Kammer 118 eintritt, strömt durch die Dichtung 121 hindurch und kann in dem Gasstrom, der das Triebwerk durchsetzt, zurückgeführt werden oder kann für andere Zwecke verwendet wenden» Alternativ kann die Dichtung 121 mit Druck beaufschlagt werden, um luft durch die Kammer 118 zum Gebläseaustrittastrom hin zu führen»

Ein Teil des Ausgangs dea Triebwerkskompreaaora 21 wird verwendet, um die Hiederdruckturbine in einer Weiae zu kühlen, die bei der Kühlung des Triebwerkes 12 verwendet wird. Zu diesem Zweck wird Luft aus den Streben 33 einem hohlen Verteileranachluß 122 über eine Anzahl von Leitungen 123 zugeführt. Der ringförmige Verteileran-

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sohluß

Schluß 122? der beispielsweise einen dreieckförmigen Querschnitt haben kann, steht mit einem Plansch 126 des konischen Rotorelementes 96 an Dichtungen 125 und 124 in Eingriff, luft, die durch die Dichtung 124 hinduroh geht, tritt in eine Turbinenrotorkarnmer 127 ein, die teilweise durch einen konischen Bauteil 128 begrenzt ist, der sich von der Basis der Strebe 33 zum Bauteil hin erstreckt« Die ringförmige Dichtung 106 weist einen gewissen Spielraum auf, sod'aS ein verhältnismäßig gro.,er Strömungsweg von der Kammer 127 2um Turbinen?inlaßabschnitt des Hotors 14 gebildet wirdo

Die Luft» die durch die Dichtung 125 hindurch geht, geht dann duroh eine Öffnung 129 im konischen Rotorelement 96 hindurch und gelangt zu einer Rotorkühlkammer 137 im Inneren des Turbineni?otors 14 <. Die Luftströmung wird durch das Innere des Turbinenrotors 14 dadurch umgewälzt, daß eine verhältnismäßig dünnwandige rohrförmige Leitung 130 vorgesehen ist, die sich von der rohrförmigen Welle 93 zum konischen Turbinenrotorelement 99 hin erstreckt« Eine verhältnismäßig große Öffnung 131 ist im konischen Rotorelement 99 vorgesehen, damit eine Luftströmung in eine Turbinenaustrittskammer 132 eintreten kann, um den hinteren Abschnitt des Turbinenrotors 14 zu kühlen· Eine zusätzliche Zufuhr von Kühlluft in die Kammer 132 ist duroh die hohlen radialen Streben 35 vorgesehen, Wobei diese Kühlluft von einer geeigneten Quelle stammt. Die

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Luft gelangt in eine ringförmige Verteile-rkammer, welche durch ein konisches Leitungselement 133 gebildet wird, welches sich von der Basis der Streben 35 aus erstreckt und welches "bei der Dichtung 135 mit einem Flansch 134 des Rotorelementea 99 in Eingriff steht„ Die Luft, die in die Kammer 132 eintritt, geht durch die verhältnis-■#.ß^,g große Austritts offaung hindurch, die durch den ieittxßgsa'bsGhnitt 107 und das konische Element 136 gebildet wird, welches sich von dort aus :lZut Basis der Streben 35 hin erstreckt.

Wenn das Triebwerk 10 in Betrieb ist, erzeugt der Gasdruck in den Kammern 119 und 127 und in den Kammern und 132 axiale Kräfte, die auf den &eblaserotor 2β einwirken» Diese ICi⁼ä£m werden den Kräften hinzugefügt, die durch das Gebläse 11 xwA die lieaerdruekturbiae 14 erzeugt werden, um eine resultierende Axialkraft zu er=> zeugen, die vom Schublager 30 aufgenommen werden muß» Da die Kammern su dem ringförmigen Gasstrom hin offen sind, hängt der Druck in diesen Kammern hauptsächlich vom Druck des ringförmigen Gasstromes an den speziellen Yerbindungspunkten ab« Dadurch entspricht der Druck in der Kammer 118 im wesentlichen dem Gebläseaustrittadruck und der Druck in der Kammer 127 entspricht iiau.ptsäohlioh dem Iurbineneintrittsdruök_e In gleicher Weise entspricht der Druck in den Kammern 137 und 132 dem ilustritts&ruck der Niederdruckturbine. Es sei wieder be-

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merkt»

merkt, daß die Öffnungen in jeder dieser Kammern, die den Zugang zu dem ringförmigen Gasstrom bilden, verhältnismäßig groß sind, sodaß ein vernachlässigbarer Strömungswiderstand gebildet wird, wenn die für die Kammern vorgesehenen Dichtungen in erhöhtem Maße abgenutzt werden.

Die radialen Flächen des Gebläserotors 26, auf die die Drucke in den Kammern einwirken, werden durch die Anordnung der Dichtungen 125 und 126 am konischen Rotorelement 96 derart ausgewählt, daß die resultierende Kraft, die durch die Drucke in diesen Kammern erzeugt wird, dann wenn diese Kraft den Kräften hinzugefügt wird, die durch das Gebläse 11 und die Turbine 26 erzeugt werden, eine resultierende Axialkraft zur Folge hat, die auf das Lager 30 einwirkt, welche auf ein Minimum herabgesetzt ist und welche während des normalen Betriebes des Triebwerkes in einer Richtung verläuft. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß das Gebläse 11 den aerodynamischen Kräften der luft ausgesetzt ist, die auf dieses Gebläse auftrifft, wenn das Triebwerk ein Flugzeug antreibt. Die resultierende Kraft am Gebläserotor bewirkt, daß die Richtung der Kräfte, die auf das Schublager 30 einwirken, zu allen Zeiten nach hinten ausgerichtet ist.

Durch die beschriebene Anordnung wird eine hochwirksame Einrichtung geschaffen, um den Rotor in einem Zweistromgasturbinentriebwerk ohne Rücksicht auf Dichtungsleckagen

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abzugleichen.

abzugleichen. Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf diesen Triebwerkstyp beschränkt ist und daß die Erfindung auch bei Turbostrahltriebwerken oder bei anderen Gasturbinentriebwerken angewendet werden kann*

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, welches einen ringförmigen Strömungsweg für einen Gasstrom auf τ weist und einen sich drehenden Bauteil, der ein Paar Rotoren umfaßt, die Schaufeln haben, dich sich in den Gasstrom hinein erstrecken, wobei ein Wellenabschnitt von verhältnismäßig kleinem Durohmesser zwischen diesen Rotoren vorgesehen ist und wobei die Rotoren und die Schaufeln Kräften ausgesetzt sind, die eine axiale Beaufschlagung des sich drehenden Bauteiles erzeugen, deren Größe und Richtung sich unter verschiedenen Betriebsbedingungen des Triebwerkes ändert, wobei ein Schublager zur lagerung des sich drehenden Bauteiles vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei getrennte Kammerbauteile vorgesehen sind, um Kammern zu bauen, die im allgemeinen ringförmige Wandungen und gegenüberliegende radiale Oberflächen der Rotoren umfassen, wobei eine der Kammern wenigstens eine im allgemeinen ringförmige Abdichtung zwischen der Wandung und den Rotoren aufweist und wobei Leitungen oder Kanäle vorgesehen sind, die einen Strömungsweg mit geringem Widerstand zwischen den Kammern und dem Gasstrom bilden, sodaß der Druck in den Kammern auf dem Druck des Gasstromes gehalten wird und zwar unabhängig von Siokerströmungen άββ Gases duroh die Dichtungen, wobei die radialen 009884/038$

Oberflächen

Oberflächen der Rotoren derart "bestimmt sind, daß die resultierende Axialkraft, die auf den sich drehenden Bauteil übertragen wird, auf ein Minimum herabgesetzt wird und -während des lormalbetriebes des Triebwerkes die gleiche Richtung hato

2· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kammerbauteile konzentrische Kammern aufweist, die durch eine radiale Oberfläche des Rotors gebildet sind, daß die konzentrischen Kammern weiterhin eine im allgemeinen ringförmige gemeinsame Wan -

die/
dung aufweisen, welche innere und äußere konzentrische Kammer voneinander trennt und welche sich in den Rotor hinein erstreckt, daß die konzentrischen Kammern Verbindungskanäle zu "verschiedenen Teilen des Gasstromes hin aufweisen, wodurch diese Kammern unter unterschiedlichen Drucken gehalten werden und daß Dichtungen radial relativ zur radialen Oberfläche angeordnet sind, sodaß die Kräfte, die auf den sich drehenden Bauteil einwirken auf ein Minimum herabgesetzt sind und während des normalen Betriebes des Triebwerkes in gleicher Richtung verlaufen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammeraufbau weiterhin eine Kammer umfaßt, die durch die hintere radiale Oberfläche des Kompressorrotors gebildet wird und eine Kammer, die

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durch

durch die hintere radiale Oberfläche des Turbinenfcotora gebildet wird«,

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Wandung, welche die konzentrischen Kammern trennt, hohl ist und eine innere und äußere Wandung aufweist, die sich zur vorderen radialen Oberfläche des Turbinenrotors hin erstrecken, daß die Dichtungen ein Paar Dichtungen an der radialen Oberfläche des Turbinenrotors aufweisen, die mit den inneren und äußeren Wandungen in Eingriff stehen, daß das Triebwerk ferner eine an sich bekannte Gaszuführung aufweist, um unter Druck stehendes Gas aus dem Kompressorrotor dem Innenraum der hohlen Wandungen zuzuführen und daß das Kühlgas aus dem Kompressorrotor durch die Dichtungen und durch diese Kammern hindurchgeführt ist, um den Turbinenrotor zu kühlen»

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L e e r f e i t e