DE3540943A1

DE3540943A1 - Gasturbinenstrahltriebwerk in mehr-wellen-zweistrom-bauweise

Info

Publication number: DE3540943A1
Application number: DE19853540943
Authority: DE
Inventors: Claus Burkhardt
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1985-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1987-05-21
Also published as: GB2183296A; FR2590320A1; GB8627581D0; IT8622288A0; US4841726A; DE3546839C2; DE3540943C2; GB2183296B; IT1213376B; FR2590320B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahl triebwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen, in der Fachsprache auch als "Mantel stromtriebwerke" bezeichneten Strahltriebwerken werden die Gehäuse temperaturbelasteter Komponenten gekühlt bzw. die Radialspalte zwischen den Laufschaufelspitzen und zugehörigen Einlaufbelägen des Gehäuses sowie Axial bewegungen der Leitschaufeln kontrolliert; dies ge schieht mittels Prallkühlung.

Bei einem z.B. aus der DE-OS 26 54 300 bekanntem Trieb werkskonzept soll Kühlluft nach dem Frontgebläse (Fan) im Nebenstrom abgezapft über Rohrleitungen zu der je weiligen Komponente (Hoch- und/oder Niederdruckturbine) geführt und über ein aufwendiges System von Verteiler leitungen zu Blasleitungen geführt werden, aus denen über Prallkühlungslöcher das betreffende Komponenten gehäuse angeblasen werden kann.

Die Nachteile dieses bekannten Konzepts sind:

- hohe Fertigungskosten,
- zusätzliches Gewicht,
- teure Montage durch komplizierten Aufbau,
- bei notwendigerweise kleiner Dimensionierung der Rohre (Gewicht) schlechte Umfangsverteilung der Kühlluft (Druck- bzw. Abzweigverluste von Loch zu Loch in einem Rohr),
- erhöhte Fehlerausfallmöglichkeit (gebrochene Rohrlei tung),
- geringes Potential zur nachträglichen Erhöhung des Wärmeübergangs, da ein ursprünglich gewählter Rohr querschnitt eine Erhöhung der Kühlluftmenge nur unter Inkaufnahme einer schlechten Umfangsverteilung zuläßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbi nenstrahltriebwerk nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 anzugeben, bei dem die Turbinengehäusekühlluft ohne aufwendige Rohrverteilungssysteme störanfälligkeits frei sowie unter extrem geringen aerodynamischen Ver lusten aus dem Sekundärluftstrom entnommen und hoch effizient gegen betreffende Turbinengehäusestrukturen ausgeblasen werden kann.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kenn zeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Mit der angegebenen Lösung können die zur bekannten Triebwerkskonzeption nach der DE-OS 26 54 300 erwähnten Nachteile auf vergleichsweise einfache Weise beseitigt werden. Im Rahmen der Erfindung kann also zur hoch effizienten Kühlung beispielsweise des Gehäuses der Niederdruckturbine die notwendigerweise ohnehin vorhan dene Innenwandstruktur des Nebenstrom- bzw. Sekundär kanals hinsichtlich ihres axialen Verlaufs weitgehend der Außenkontur des Niederdruckgehäuses angepaßt werden, und zwar in einer senkrechten Entfernung vom Gehäuse, die weitgehend im Bereich des Optimums bezüglich des Wärmeübergangs bei einer Prallkühlung liegt. Die Fertigung dürfte keine Schwierigkeiten bereiten, da der Sekundärkanal zweischalig ausgeführt ist, um bei der Wartung einen schnellen Zugang zum Triebwerk zu ermöglichen. Auf jeweils der axialen Höhe des Gehäuse bereiches, der bevorzugt gekühlt werden soll, können also Blasluftbohrungsreihen entlang des Umfangs ange bracht werden. Somit kann das Niederdruckturbinenge häuse an jeder Stelle je nach Anzahl bzw. Querschnitt der Bohrungen bzw. Schlitze mit mehr oder weniger Luft rotationssymmetrisch bzw. -unsymmetrisch, wenn gewünscht, versorgt werden. Dabei ist der Lieferdruck an den Prallkühlungsbohrungen, obwohl es sich um statischen Druck des Sekundärkanals handelt, im Niveau etwa gleich dem gängiger, z.B. aus der DE-OS 26 54 300 bekannter Triebwerkskonzepte, bei denen der Totaldruck am Fan austritt verwendet wird oder sogar etwa höher, da die bei Bekanntem als Ursache der Zuführ-Verteiler- und Blasleitungen auftretenden Druckverluste erfindungs gemäß vermieden werden können.

Merkmal weitgehend jeder aktiven Radialspaltkontrolle (Active Clearance Control) ist, daß mindestens zwei Kühlluftmengen zur Verfügung stehen (soweit mit Luft, gearbeitet wird), nämlich eine kleine Menge bzw. die Menge Null und eine Menge, für die das System ausgelegt wurde. Je nach Bauweise, meist jedoch für einen kurzen Zeitraum während der Beschleunigung bzw. der Wiederbe schleunigung eines Triebwerks, darf die Prallkühlung nicht wirksam sein, um ein unerwünschtes Einlaufen der Rotorschaufeln in die Gehäusebeläge zu verhindern. Bei bisher bekannten Systemen zur aktiven Spaltkontrolle wird die Luftmenge kurzzeitig durch ein Ventil abge schaltet bzw. reduziert. Um den Aufwand nicht zu hoch zu treiben, begnügt man sich häufig mit den Schalt stellungen "An" und "Aus". Eine demgemäße Ventil steuerung als Funktion des Triebwerkszustands ist im übrigen auch schon aus der zuvor genannten DE-OS 26 54 300 bekannt.

Z.B. im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Patentanspruch 10, bzw. in Kombination der Merkmale des letzteren mit dem erfindungsgemäßen Grundgedanken aus Patentanspruch 1, zeigt die Erfindung u.a. einen Lösungsweg auf, mit dem auf äußerst einfache und wirksame Art und Weise die beim Beschleunigen oder Wiederbe schleunigen des Triebwerks kurzzeitig auftretende Gefahr allzu harter Schaufelanstreifvorgänge gebannt werden kann, indem das hoch-effektive Aufprall-Kühlsystem funktions mechanisch nicht verändert werden muß bzw. das Aufprall- Kühlsystem nach verhältnismäßig kurzer zeitlicher Unter brechung (z.B. ca. 30-50 sec.) bei Triebwerksbeschleunigung (Start-Steigflugphase) oder Wiederbeschleunigung des Triebwerks sofort wieder im Rahmen seiner "normalen" Auslegung arbeiten kann.

Mithin kann also zu der Zeit, während der die Prall kühlung unwirksam sein soll, Bypassluft z.B. durch mindestens ein geöffnetes Ventil in den Raum zwischen Sekundärstromkanalinnenwand und Gehäuseaußenwand, also den Raum, in dem die Prallkühlung wirkt, geleitet werden, um einen Druckausgleich zu schaffen und somit einen Durchsatz durch die Prallkühlungsbohrungen weitgehend zu verhindern.

Die Erfindung geht hierbei von der allgemeinen techni schen Überlegung aus, daß bei einer Beschleunigung des Triebwerks das Ansprechverhalten der Laufschaufeln, hier beispielsweise der Niederdruckturbine, sehr schnell (Schnelle Ausdehnung) erfolgt, während das zu gehörige Gehäuse aufgrund der größeren Masse erst verzögert nachkommt, bzw. bezüglich der thermischen Dehnung zeitlich "hinterherhinkt". Als Folge davon verringern sich die betreffenden Turbinenlaufschaufel spalte sehr stark bis zu einem Einlaufen im Dichtungs belag; wäre nun die Radialspaltkontrolluft bzw. Auf pralluft (ACC-Luft) schon vom Beginn der Beschleunigung an voll wirksam, so würde die Dehnung des Gehäuses noch weiter verzögert, so daß es zu einem verstärkten Dichtungs einlauf käme, der im geringsten Fall zu einem verhältnis mäßig starken Verschleiß der Laufschaufelspitzen bzw. der Laufschaufelspitzendichtungen auf der einen Seite, wie aber auch der betreffenden Einlaufbeläge am Gehäuse auf der anderen Seite führt. Im Wege der nach Patentanspruch 10 oder 11 angegebenen Ventilfunktion und -anordnung ("erste" oder "weitere" Ventile), bzw. im Wege der Schalt zykluskombination "erster" und "zweiter" Ventile im Rahmen des Anspruchs 12 kann also ein normalerweise am Anfang einer Triebwerksbeschleunigungsphase im Rahmen eines triebwerksspezifischen zeitlichen Sekundenbereiches zu erwartender harter Dichtungseinlaufvorgang, z.B. in der Start-Steigflugphase, verhindert werden. Trotz zeitlich kurzer Prallkühlungsunterbindung kann er findungsgemäß aber eine verhältnismäßig "milde" Kühlung, beispielsweise des Niederdruckturbinengehäuses, sicher gestellt bleiben.

Bezüglich vorteilhafter weiterer Ausgestaltungen wird auf die übrigen Patentansprüche hingewiesen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert, es zeigen:

Fig. 1 ein entlang der oberen Hälfte in Längs richtung gänzlich, entlang der unteren Hälfte teilweise aufgeschnitten und schematisiert wiedergegebenes Gasturbinen strahltriebwerk,

Fig. 2 einen zur gleichzeitigen Sekundärluftent nahme und Kühlluftausblasung ausgebildeten Innenwandstrukturabschnitt des Sekundärkanals unter Zuordnung eines teilweise abgebrochen dargestellten Niederdruckturbinengehäuse abschnitts nebst zugehörigen Turbinenleit und -laufschaufeln, jeweils als Längsschnitt dargestellt,

Fig. 3 eine Abwandlung der Fig. 2 dergestalt, daß der betreffende Innenwandstrukturabschnitt unter Einschluß von Luftverteilerkammern für die Aufprallkühlung doppelwandig ausgebildet ist,

Fig. 4 eine weitere Abwandlung gegenüber Fig. 2 und 3 dergestalt, daß der betreffende Innenwand strukturabschnitt unter Einschluß von Luftleit- und/oder Luftverteilerkammern nicht nur doppelwandig, sondern auch - im Längs schnitt gesehen - keilförmig ausgebildet ist,

Fig. 5 einen quergeschnitten dargestellten, in wech selnder Folge Luftverteiler- und -leitkammern enthaltenden Abschnitt eines doppelwandigen Innenwandstrukturabschnitts, unter entsprechen der radial beabstandeter Zuordnung zum Nieder druckturbinengehäuse, als erste Konfiguration,

Fig. 6 eine gemäß Fig. 5 gesehene, gegenüber dieser jedoch abgewandelte zweite Konfiguration mit in wechselnder Folge ausgebildeten Luft verteiler- und -leitkammern,

Fig. 7 eine gemäß Fig. 5 und 6 gesehene, gegenüber diesen wiederum abgewandelte dritte Konfi guration mit in wechselnder Folge ausge bildeten Luftverteiler- und -leitkammern, die als Anwendungsfall für Fig. 4 geeignet ist,

Fig. 8 eine längs geschnitten dargestellte Sekundär und Ringkanalendsektion des Triebwerks nebst hohler Stützschaufel und in letztere inte griertem zweiten Ventil, welches als der Schaufelinnengeometrie angepaßtes Klappen ventil ausgebildet ist,

Fig. 9 eine gegenüber Fig. 8 abgewandelte Anordnung und Ausbildung eines zweiten, am äußeren Ende der Stützschaufel innerhalb eines Rohrleitungsstücks angeordneten Ventils und

Fig. 10 einen als Längsschnitt sowie schematisiert dargestellten Strahltriebwerksabschnitt unter Verdeutlichung der Niederdruckturbinenge häusekühlung bei einer gegenüber Fig. 1 ver kürzten Sekundärkanalbaulänge sowie unter beispielhaftem Einschluß von Bauelementen aus Fig. 3.

Fig. 1 verkörpert ein für die Anwendung der Erfindung geeignetes Gasturbinenstrahltriebwerk in Zweistrombau weise. Dieses Gasturbinenstrahltriebwerk besteht der Reihe nach - von links nach rechts - aus einem Front gebläse 1, einem Hochdruckverdichter 2, einer Ring brennkammer 3, einer Hochdruckverdichterantriebsturbine 4, der eine Niederdruckturbine 5 zum Antrieb des Front gebläses 1 aero-thermodynamisch nachgeschaltet ist.

Dabei ist das Frontgebläse 1 mit der Niederdruckturbi ne 5 über ein gemeinsames inneres Rotorsystem 6 ge koppelt. Beim Hochdruck- oder Gaserzeugerteil sind der Hochdruckverdichter 2 und die zugehörige Verdichter antriebsturbine 4 über ein gemeinsames Rotorsystem 7 miteinander gekoppelt. Das Rotorsystem 7 ummantelt dabei in koaxialer Bauweise einen Teil des Rotorsystems 6. Der wesentliche Teil des vom Frontgebläse 1 geförderten Luftstroms (Mantel- oder Sekundärluftstrom S) wird zur Vortriebsschuberzeugung in den Sekundärkanal 8 des Trieb werks gefördert, ein übriger Teil S′ des vom Frontgebläse 1 geförderten Luftstroms gelangt zum Hochdruckverdichter 2 des Gaserzeugers. Der aus der Niederdruckturbine 5 ent weichende Heißgasstrom wird ebenfalls zur Vortriebsschub erzeugung genutzt.

Normalerweise müssen bei einem derartigen Triebwerk wesent liche Turbinenkomponenten zwecks Beherrschung der Heißgas temperatur gekühlt werden, es wären also beispielsweise die Eintrittsleitschaufeln der Hochdruckturbine 4 kühl bar, ferner beispielsweise die Laufschaufeln der Hoch druckturbine 4 wie gegebenenfalls aber auch z.B. die Leitschaufeln der zweiten Stufe der Hochdruckturbine 4. Die für die genannten Kühlungsfälle der Hochdruckturbine 4 zu verwendende Verdichterluft kann an einer oder mehreren geeigneten Stellen aus dem Hochdruckverdichter 2 entnommen werden und z. B. über das betreffende innere Rotorsystem dem entsprechenden Verwendungszweck zugeführt werden. Es ist bekannt, die betreffenden ringförmigen Gehäuse strukturen 9 bzw. 10 von Hochdruck- und Niederdruck turbine 4 bzw. 5 über verhältnismäßig aufwendige und komplizierte Rohrverteilersysteme mit Kühlluft zu beaufschlagen, die aus dem Sekundärkanal des Triebwerks entnommen wird.

Die Erfindung vermeidet die derartigen bekannten Trieb werkskonzepten nachgesagten Nachteile (u.a. hoher Bauauf wand, mögliche Störanfälligkeiten, hohe Druckverluste) dadurch

- daß sich der Sekundärkanal im wesentlichen über die gesamte Triebwerkslänge erstreckt und
- daß ein zwecks Turbinenbauteilkühlung und Schaufelspalt optimierung beigezogener Sekundärluftanteil über in unmittelbarer Nähe der betreffenden, hier z.B. der Niederdruckturbine 5 zugehörigen Turbinengehäuse struktur angeordnete Öffnungen 11 (s.h. auch Fig. 2) in der Innenwandstruktur 12 des Sekundärkanals 8 aus dem Sekundärstrom entnommen wird und im Wege einer Aufprall kühlung (Pfeile F) gegen die Turbinengehäusestruktur 10 ausgeblasen wird.

Im Gegensatz zu den später noch erläuterten Erfindungs varianten, wird bezüglich Fig. 1 und 2 zunächst davon ausgegangen, daß die Innenwandstruktur 12 des Sekundär kanals 8 als einfache Einzelwand 13 ausgebildet sein kann, wobei die Öffnungen 11 also zugleich als Ent nahmeluftöffnungen und Ausblaseöffnungen ausgebildet sind.

Bezüglich der in Fig. 1 lediglich schematisch wieder gegebenen Niederdruckturbine 5 verkörpern die Fig. 2, 3 und 4 detaillierte Einzelheiten einer vergleichbaren Niederdruckturbine, wobei die betreffenden Bauteile in Fig. 2, 3 und 4 jeweils mit gleichen Bezugszeichen be legt sind; es sind darin also die Leitschaufeln dreier aufeinanderfolgender Turbinenstufen der Reihe nach mit 14, 15 und 16, die zugehörigen Laufschaufeln mit 17, 18 und 19 bezeichnet. Jeweils auf der linken Seite sind den Leitschaufeln 14, 15 und 16 zugehörige Fußsegmente 20, 21 22 an Haken 23, 24, 25 des Turbinengehäuses 10 aufgehängt. Jeweils auf der rechten Seite sind die Fußsegmente 20, 21, 22 an die Laufschaufeldeckbanddichtspitzen ummantelnden Dichtungssegmentträgern 26, 27, 28 aufgehängt; die letzten sind einerseits an Gehäusehaken 29, 30, 31 aufgehängt, andererseits zwischen den Enden der Gehäusehaken, z.B. 24, 25 sowie den angrenzenden Abschnitten der Fußsegmente, z.B. 21, 22 eingeklemmt.

Gemäß Fig. 2 ist also der jeweilige Prallkühlfluß F ge zielt auf die betreffenden Haken 23, 29, 24, 30, 25, 31 bzw. 25′ gerichtet, so daß auch die jeweils aufgrund der Hakenausbildung spezifisch größten Massenanteile der Turbinengehäusestruktur 10 intensiv in den Kühlprozeß mit einbezogen werden können; ferner soll u.a. die Einhaltung konstanter und minimaler Laufschaufelradialspalte gefördert werden.

Die Öffnungen 11 (Fig. 2) münden in einen zwischen der Einzelwand 13 der Innenwandstruktur 12 des Sekundär kanals 8 (Fig. 1) und der Turbinengehäusestruktur 10 ausgebildeten Ringraum 32 ein.

Gemäß Fig. 3 und 5 soll die Innenwandstruktur 12′ des Sekundärkanals unter Einschluß von Luftverteilerkammern 33 doppelwandig ausgebildet sein; es besteht dabei also die Innenwandstruktur 12′ des Sekundärkanals 8 aus einer die Öffnungen 34 für die Sekundärluftentnahme enthaltenden Außenwand 35 und einer die Prallkühlbohrungen 11 enthalten den Innenwand 13. Öffnungen 34 (Fig. 3) und Bohrungen 11 können, müssen aber nicht in den betreffenden Aufprall radialebenen übereinander angeordnet sein (siehe auch Fig. 4). In konkreter Ausführung gemäß Fig. 5 ist dort die Innenwandstruktur 12′ des Sekundärkanals 8 unter Einschluß von in Umfangsrichtung in wechselnder Folge voneinander getrennten Luftverteilerkammern 33 und Luft leitkammern 36 doppelwandig ausgebildet, von denen die letzteren zur seperaten Führung anderweitiger, aus dem Triebwerkskreisprozeß entnommener Luftanteile (Pfeil K - Fig. 3) in Richtung K′, auf eine weiter stromab liegen de Triebwerkszone ausgebildet sind. Über die Luftleit kammern 36 kann z.B. zuvor zur Hochdruckturbinenkühlung verwendete Luft als Abluft weitergeführt und ander weitigen Zwecken zugeführt werden, z.B. als Lager kammerluft oder Sperrdichtungsluft. Ferner können gemäß Fig. 5 die Luftleitkammern 36 und die Luftverteilerkammern 33 aus als wandversteifende Abstandshalter zwischen der Außen- und Innenwand 35, 13 ausgebildeten, in geeigneter Weise in Umfangsrichtung hier fortlaufend U-förmig ge wellt vorgeformten Profilstreifen 37 hergestellt sein; in diesem Falle können die Prallkühlbohrungen 11 durch Abschnitte der die Luftverteilerkammern 33 bildenden Profilstreifen 37 hindurchgeführt sein.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist unter Zugrunde legung der gleichen technisch funktionellen Gegebenheiten wie Fig. 5 konzipiert, weicht jedoch von Fig. 5 durch die Verwendung eines über dem Umfang gleichförmig wellen förmig und weich geschwungen ausgebildeten Profilstreifens 37′ ab, der in wechselnder Folge voneinander getrennte Luftverteilerkammern 33′ und -leitkammern 36′ entstehen läßt.

Sofern - wie in Fig. 4 dargestellt - die zu kühlende Turbinengehäusestruktur 10 eine in Richtung der Trieb werkshauptströmung verhältnismäßig ausgeprägt diver gente Kontur aufweist, kann es äußerst vorteilhaft sein, daß die Sekundärluftentnahme- und Kühlsektion der Innen wandstruktur 12′′ des Sekundärkanals 8, den Divergenz winkel überbrückend - im Längsschnitt gesehen - keilförmig ausgebildet ist, indem die betreffende Innenwand 13, gemäß Fig. 2, nach wie vor parallel zum betreffenden divergenten Teil der Turbinenaußengehäusestruktur 10, die betreffende Außenwand 35′ jedoch triebwerksachs parallel verläuft. Trotz vorhandener örtlicher Sekundär luftentnahme- und Kühlluftaufbereitungskriterien zwecks hoch-effizienter Aufprallkühlung gelingt es somit, die Innenwandstruktur 12′′ des Sekundärkanals 8 über die betreffende Außenwand 35′ im Hinblick auf die geforderte Triebwerksauslegung einwandfrei aerodynamisch glatt flächig zu gestalten. Abweichend von Fig. 3 zeigt Fig. 4 lediglich stromaufwärtig angeordnete, entsprechend groß dimensionierte Sekundärluftentnahmeöffnungen 34.

Fig. 7 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung des Sekundärkanals 8 einschließlich der keilförmigen, doppel wandigen Innenwandstruktur 12′′ des Sekundärkanals nach Fig. 4, wobei hier im wesentlichen fortlaufend V-förmig gewellte Profilstreifen 37′′ vorgesehen sind, die hier ebenfalls fortlaufend abwechselnd Luftverteilerkammern 33′′ und Luftleitkammern 36′′ ausbilden, die jeweils voneinander getrennt sind. Wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 wäre es aber auch für Fig. 7 durchaus möglich, ausschließlich der optimalen Aufprallkühlungsaufbereitung dienende Luft verteilerkammern vorzusehen. Die Ausbildung nach Fig. 7 ermöglicht es, eine verhältnismäßig große Anzahl kleiner Aufprallkühlbohrungen 11 pro gegebener Fläche in der Innenwand 13 der Innenwandstruktur 12′′ vorzusehen: und zwar im Sinne einer sieblochartigen Gestaltung.

Fig. 6 könnte in ähnlicher Form an Fig. 7 angepaßt werden, indem die in Fig. 6 als "Luftleitkammern 36′" bezeichneten Kammern als Luftverteilerkammern ausge bildet werden, wodurch eine verhältnismäßig große Prallkühlbohrungsfläche entlang der Innenwand 13 zur Verfügung gestellt werden könnte.

Erfindungsgemäß besteht durchaus die Möglichkeit, die genannten Prallkühlbohrungen 11 nach Bedarf gleich förmig oder ungleichförmig verteilt im Hinblick auf die betreffende Gestaltung des Turbinengehäuses und die betrieblich zu erwartenden thermischen Dehnungs kriterien anzuordnen.

Wie im übrigen ferner aus Fig. 1 erkennbar, kann das stromabwärtige Ende des jeweiligen Ringraums 32 - zwischen der betreffenden Turbinengehäusestruktur 10 und der Innenwandstruktur 12 des Sekundärkanals 8 - über hohle, den Sekundärkanal durchkragende Luftführungs körper, z.B. Stützschaufeln 38, gegen die Atmosphäre geöffnet sein, um einen gegenüber dem Sekundärstrom unge hinderten Abfluß der verbrauchten Kühlluft zu gewähr leisten. Die Anordnung und Ausbildung der hohlen Stütz schaufeln 38 geht im übrigen auch aus Fig. 8 hervor.

Um die erwähnte Aufprallkühlung im eingangs schon um rissenen Sinne bei einer Triebwerksbeschleunigungs- oder Wiederbeschleunigungsphase kurzfristig nicht voll zur Geltung bringen zu können (Gefahr harter Schaufelan streifbedingungen), sieht die Erfindung an der Innen wandstruktur 12 des Sekundärkanals 8 mindestens ein erstes, dem für die Prallkühlung verantwortlichen Ringraum 32 vorgeschaltetes Ventil 39 vor, mit dem, zur kurzfristigen Unterbrechung der Prallkühlung, Sekundärluft aus dem Sekundärkanal 8 entnommen und dem Ringraum 32 zugeführt wird.

Ein vergleichbarer bzw. noch intensiverer Aufprallkühl unterbrechungseffekt im Wege kurzfristigen Gegendruckauf baus im Ringraum 32, z.B. bei einer Konfiguration nach Fig. 3 oder 4, wäre auch dadurch möglich, daß anstelle des zuvor erwähnten ersten Ventils 39 mindestens ein zweites Ventil 41 (Fig. 8) vorgesehen ist. Gemäß Fig. 8 können die genannten zweiten Ventile 41 also in die Luft führungskörper oder Stützschaufeln 38 integriert sein; dabei weisen die Ventile 41 hier ein jeweils der elliptischen Innenkontur der hohlen Stützschaufeln 38 angepaßtes Ab sperrklappenprofil 42 auf; aufgrund Verschwenkens um die betreffende Drehachse D kann demnach also entweder der betreffende Durchströmquerschnitt einer Stützschaufel 38 gänzlich abgesperrt oder - gemäß Fig. 8 wiedergegebener Klappenendstellung - freigegeben sein, um die verbrauchte Kühl- und Steuerluft F _ACC gegen die Atmosphäre abzublasen. Als klappenartige Absperrventile ausgebildet, könnten betreffende zweite Ventile aber auch so örtlich - zwischen dem Ringraum 32 und z.B. den Stützschaufeln 38 - ange ordnet sein, daß sie in einer ersten Endsteilung die Luft strömung aus dem Ringraum 32 in die Stützschaufeln 38 er möglichen und in einer zweiten Endstellung die Schaufel durchströmquerschnitte absperren. Stromab der Stütz schaufeln 38 wäre dabei der betreffende Ringraum 32 immer als geschlossen zu betrachten (Fig. 8).

Anstelle einer Ausbildung in Form von Absperrklappen können die ersten und/oder zweiten Ventile als axial oder in Umfangsrichtung verstellbare Ringschieber ausgebildet sein, die mit Durchströmöffnungen ausgestattet sind, die in einer ersten Endstellung des Ringschiebers (Öffnungsstellung) mit Gehäuseöffnungen deckungsgleich fluchten und in einer zweiten Endstellung abgesperrt sind. Die ersten und/oder zweiten Ventile können aber auch als Federteller-Ventile ausgebildet sein. Hierzu wird auf Fig. 9 verwiesen, worin z.B. das betreffende zweite Ventil 40 als Federteller-Ventil ausgebildet und in einer an die Stützschaufel 38 seitlich außen sich an schließenden zylindrischen Rohrführung 43 angeordnet ist. Fig. 9 kennzeichnet die geöffnete Ventilstellung, in der der von einer Rückstellfeder belastete Ventilteller 44 sich von der Ventilsitzfläche abgehoben hat, um die Strömung F _ACC durch das Ventil 40 freizulegen.

Die genannten ersten und/oder zweiten Ventile können als Funktion des Triebwerkszustandes (Beschleunigungs- bzw. Wiederbeschleunigungsphase) vom Triebwerksregler ge steuert werden.

Im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung (Patentan spruch 1) ist durchaus die Möglichkeit mit eingeschlossen, den Sekundärkanal 8 (Fig. 10) gegenüber Fig. 1, worin sich derselbe über die gesamte Triebwerksbaulänge er streckt, verkürzt auszuführen und trotzdem die der Er findung zugrunde liegende Aufgabenstellung im vollen Um fange zu erfüllen.

Im vorliegenden Falle (Fig. 10) endet also der Sekundär kanal 8 etwa unmittelbar am Beginn der hier z.B. diver genten Turbinengehäusestruktur 10 der Niederdruckturbine des Gasturbinenstrahltriebwerks.

Gemäß gestrichelter Kontur wäre es ferner durchaus im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung auch möglich, den Sekundärkanal 8 sich geringfügig weiter axial, d.h., über die betreffende Turbinengehäusestruktur 10 hinweg erstrecken zu lassen.

Im Hinblick darauf erstreckt sich also in Fig. 10 die doppelwandige Innenstruktur 12′ von entsprechend örtlich vorverlagerten Entnahmestellen (Öffnungen 34) über das Sekundärkanalende hinweg sowie längs der Turbinengehäuse struktur 10 unter Einschluß der in die doppelwandige Innenstruktur 12′ integrierten Luftverteiler- und -leitkammern 33, 36 im Sinne der Fig. 5; Fig. 10 kann selbstverständlich im Sinne der Fig. 4, 6 und 7 modi fiziert werden.

In Fig. 10 sind ferner erste und zweite Ventile 39, 50 gemeinsam bei einem Triebwerk vorgesehen und hier beide als Klappenventile ausgebildet. Solange also die Aufprall kühlung F voll wirksam sein soll, verbleibt die betreffende Klappe 51 des Ventils 50 stets in der dargestellten öffnungslage, so daß die verbrauchte Luft F _ACC hier z.B. unmittelbar gegen die Atmosphäre ausgeblasen werden kann, ohne auf die insbesondere in Verbindung mit Fig. 1 ge nannten hohlen Stützschaufeln 38 oder dergleichen ange wiesen zu sein. Ventil 39 ist dabei geschlossen.

Die jeweils gestrichelt dargestellte Position der Klappen 51, 52 der Ventile 39, 50 verkörpert die mit Beginn einer Triebwerksbeschleunigungsphase kurzzeitige Stör- bzw. Unterbrechungsstellung der hoch-effizienten Aufprall kühlung F über den im Wege des Ventils 39 aus dem Sekundär kanal 8 zugeführten Störluftstrom St.

Der für die erfindungsgemäße Unterbrechung der Aufprall kühlung F erforderliche Gegendruckaufbau im Ringraum 32 setzt voraus, daß das mindestens eine Ventil 39 einen relativ zur Gesamtdurchströmfläche der Prallkühlbohrungen 11 hinreichend groß bemessenen Durchströmquerschnitt in den Ringraum 32 bereitstellt. Der freie Gesamtdurchström querschnitt z.B. der "hinteren" Stützschaufeln 38 (Fig. 8) - sei es, ob darin Ventilklappen 42 integriert sind, oder nicht - muß so groß bemessen sein, daß die er wünschte Aufprallkühlung nicht beeinträchtigt wird.

Claims

1. Gasturbinenstrahltriebwerk in Mehrwellen-Zweistrom bauweise, bei dem ein Frontverdichter oder -gebläse komprimierte Luft in einen koaxial zur Triebwerks achse angeordneten, zwischen Außen- und Innenwand strukturen ausgebildeten Sekundärkanal fördert, aus dem ein Sekundärluftanteil entnommen und zwecks Tur binenbauteilkühlung und -schaufelspaltoptimierung gezielt gegen Turbinengehäusestrukturen ausgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß sich der Sekundärkanal (8) im wesentlichen über die gesamte Triebwerkslänge erstreckt und
- daß der Sekundärluftanteil über in unmittelbarer Nähe der betreffenden Turbinengehäusestruktur (10) angeordnete Öffnungen (11) in der Innenwandstruktur (12) des Sekundärkanals aus dem Sekundärstrom ent nommen wird.

2. Triebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandstruktur (12′) des Sekundärkanals (8) unter Einschluß einer oder mehrerer mit Sekundärluft entnahme-Öffnungen (34) korrespondierenden Luftver teilerkammern (33) doppelwandig ausgebildet ist.

3. Triebwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Luftverteilerkammern (33) über Prallkühlbohrungen (11) mit einem zwischen der Innenwandstruktur (12′) und der betreffenden Tur binengehäusewandstruktur (10) ausgebildeten Ring raum (32) in Verbindung stehen.

4. Triebwerk nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Innenwandstruktur (12′) des Se kundärkanals (8) unter Einschluß von in Umfangs richtung in wechselnder Folge voneinander getrennten Luftverteilerkammern (33) und Luftleitkammern (36′) doppelwandig ausgebildet ist, von denen die letzteren zur seperaten Führung anderweitiger, aus dem Triebwerks kreisprozeß entnommener Luftanteile in Richtung auf eine weiter stromab liegende Triebwerkszone ausge bildet sind.

5. Triebwerk nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Innenwandstruktur (12′) des Sekundärkanals (8) aus einer die Öffnungen (34) für die Sekundärluftentnahme enthaltenden Außenwand (35) und einer die Prallkühlbohrungen (11) enthaltenden Innenwand (13) besteht.

6. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Luftleitkammern (36, 36′) und/oder die Luftverteilerkammern (33, 33′) aus als Abstands halter zwischen der Außen- und Innenwand (35, 13) ausgebildeten, in geeigneter Weise in Umfangsrichtung fortlaufend gewellt vorgeformten Profilstreifen (37, 37′) hergestellt sind.

7. Triebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Prallkühlbohrungen (11) durch Ab schnitte der die Luftverteilerkammern (33) bildenden Profilstreifen (37) hindurchgeführt sind.

8. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zu kühlende Turbinengehäusestruktur (10) eine in Richtung der Triebwerkshauptströmung verhältnismäßig ausgeprägt divergente Kontur auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft entnahme- und Kühlsektion der Innenwandstruktur (12′′) des Sekundärkanals (8), den Divergenzwinkel über brückend - im Längsschnitt gesehen - keilförmig ausgebildet ist, indem die betreffende Innenwand (13) parallel zur divergenten Turbinenaußengehäusestruktur (10), die betreffende Außenwand (35′) triebwerksachs parallel verläuft.

9.Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Ringraums (32) - zwischen der betreffenden Turbinengehäusestruktur (10) und der Innenwandstruktur (12) des Sekundärkanals (8) - über den Sekundärkanal durchkragende Luftdurchführungselemente, z.B. Stütz schaufeln (38), gegen die Atmosphäre geöffnet ist.

10. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand struktur (12) des Sekundärkanals (8) mindestens ein erstes, dem für die Prallkühlung verantwortlichen Ringraum (32) vorgeschalteten Ventil (39) angeordnet ist, mit dem, zur kurzfristigen Unterbrechung der Prallkühlung, Sekundärluft aus dem Sekundärkanal (8) entnommen und dem Ringraum (32) zugeführt wird.

11. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des ersten Ventils mindestens ein zweites, dem für die Prallkühlung verantwortlichen Ringraum (32) nachge schaltetes Ventil (41) zur kurzfristigen Unterbrechung der Prallkühlung im Wege ebenso kurzfristigen Ab sperrens des Kühlluftabflusses aus dem Ringraum (32) vorgesehen ist.

12. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erstes und zweites Ventil (39, 50) derart angeordnet und aus gebildet sind, daß bei gleichzeitig geöffnetem ersten Ventil (39) und damit verbundener Sekundär-Störluft zufuhr (St) in den Ringraum (32), der letztere stromab der Prallkühlbohrungen mittels des zweiten Ventils (50) abgesperrt ist.

13. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (32) stromab der Stützschaufel (38) geschlossen ausge bildet ist.

14. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und /oder zweiten Ventile als Ringschieber-Ventile ausgebildet sind.

15. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und /oder zweiten Ventile (40) als Federteller-Ventile ausgebildet sind.

16. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und /oder zweiten Ventile (39, 50) als Klappenventile ausgebildet sind.

17. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventile (41) in die Luftdurchführungselemente bzw. in die hohlen Stützschaufeln (38) integriert sind und einen der Innenkontur des Luftdurchführungsele ments bzw. der Stützschaufel (38) angepaßtes Absperr klappenprofil (42) aufweisen.

18. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventile (40) jeweils in einer an die betreffende Stützschaufel (38) seitlich außen sich anschließenden Rohrführung (43) ausgebildet und angeordnet sind.

19. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und /oder zweiten Ventile als Funktion des Triebwerks zustandes steuerbar sind.

20. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Se kundärkanal (8) hinsichtlich seiner axialen Baulänge zumindest bis zum turbinengehäusestrukturnahen Bereich erstreckt und die doppelwandige Innenstruktur (12′) sich von den örtlichen Entnahmestellen (Öffnungen 34) für die unmittelbare Entnahme des Sekundärkühlluftanteils aus dem Sekundärstrom über das Sekundärkanalende hinweg sowie längs der zu kühlenden Turbinengehäusestruktur (10) erstreckt unter Einschluß der in die doppelwandige Innenstruktur (12′) integrierten Luftverteilerkammern (33) bzw. Luftver teiler- und -leitkammern (33, 36).

21. Triebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinen gehäusestruktur (10) zur Hoch- und/oder Niederdruck turbine gehört.