DE2261443A1

DE2261443A1 - Turbinenanordnung mit zweistromkuehlung fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2261443A1
Application number: DE19722261443
Authority: DE
Inventors: Nicholas Klompas
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-15
Publication date: 1973-07-05
Also published as: JPS4880913A; FR2164718A1; US3742706A

Description

Turbinenanordnung
mit Zweistromkühlung für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft allgemein eins Turbinenanordnung mit Zweistromkühlung für ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere eine Gasturbinenkühleinrichtung, bei der ein Kühlluftstrom von zwei getrennten Quellen auf jede Laufschaufel
einer Turbine gerichtet ist.

Die Ausgangsleistung und der thermische Wirkungsgrad eines Gasturbinentriebwerkes können gesteigert werden durch Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsgase, welche den Turbinenlaufschaufeln zugeführt werden. Im allgemeinen wird

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jedoch jede solche Temperaturerhöhung beschränkt durch die maximal zulässige Betriebstemperatur des Turbinenrotors und seiner Laufschaufeln. Es ist seit geraumer Zeit im Gebiet der Gasturbinen bekannt, daß ein Teil der Verdichterluft verwendet werden kann zur Kühlung des Turbinen rotors und/oder seiner Laufschaufeln. Jegliche Verwendung von Verdichterluft zur Turbinenkühlung vermindert jedoch die Menge der Verdichterluft, welche für die Brennkammer der Gasturbine zur Verfügung steht und dadurch wird der thermische Wirkungsgrad des Triebwerkes vermindert. Es ist daher notwendig, daß der für die Turbinenkühlung abgezweigte Teil der Verdichterluft in wirksamster Weise ausgenutzt wird.

Im allgemeinen besteht zu jedem gegebenen Zeitpunkt eine große Verschiedenheit des Druckes der heißen Verbrennungsgase, welche über der gesamten Oberfläche jeder Turbinenlaufschaufel auftreffen. Kritische Bereiche der Turbinenlaufschaufel, auf denen die heißen Verbrennungsgase mit dem größten Druck auftreffen, schliessen die Eintrittskante der Laufschaufel und die konkave Oberfläche der Laufschaufel ein. Der Druck des Heißgasstromes ist am niedrigsten an der konvexen Seite jeder Turbinenlaufschaufel. Es ergibt sich daher ein geringer Wirkungsgrad bei der Anwendung einer einzigen Quelle des Kühlluftstromes zur Kühlung jeder Turbinenlaufschaufel, beispielsweise der Verdichterausstoßluft. Die unter hohem Druck stehende Ausstoßluft des Verdichters wird verschwendet, wenn sie verwendet wird, um die Niederdruckseite jeder Turbinenlaufschaufel zu kühlen. Die Verwendung von unter niedrigerem Druck stehender Luft aus einer Verdichterzwischenstufe reicht jedoch andererseits nicht aus, um die kritischen Bereiche jeder Turbinenlaufschaufel zu kühlen, wie beispielsweise den Bereich an der Eintrittskante, wo der Druck des auftreffenden Heißgasstromes am größten ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Turbinenkühleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, bei welcher der Kühlluftstrom für jede Turbinenlaufschaufel aus zwei getrennten Quellen geliefert wird, um auf diese Weise den Wirkungsgrad des Triebwerkes zu optimieren.

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Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Turbinenkühleinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, bei der ein Kühlluftstrom mit hohem Druck auf die kritischen Bereiche jeder Turbinenlaufschaufel, wie beispielsweise die Eintrittskante und die konkave Oberfläche, geleitet wird und ein Kühlluftstrom mit niedrigerem Druck gegen die nicht kritischen Bereiche jeder Turbinenlaufschaufel geleitet wird, beispielsweise gegen die konvexe Oberfläche.

Es wird hierzu eine Turbineneinrichtung mit Zweistromkühlung vorgesehen für ein Gasturbinentriebwerk des Typs mit einem Verdichter, Brenner und Turbine, welche strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind. Die Zweistromturbinenkühleinrichtung enthält Vorrichtungen zur Abzweigung eines Teils des Luftstromes in den Verdichterzwischenstufen an einem Punkt zwischen dem Einlaß- und Ausiaßende des Verdichters. Es sind weiterhin Einrichtungen vorgesehen zur Abzweigung eines Teils des Verdichterluftstromes, welcher aus dem Verdichter ausgestoßen wird. Die Turbine enthält einen Läufer, der antriebsmäßig mit dem Verdichter verbunden ist und eine Vielzahl im Abstand um den Umfang des Turbinenlaufers angebrachter Laufschaufeln. Das Innere des Tragflügelprofils jeder Laufschaufel ist eingerichtet zur Aufnahme eines Kühlluftstromes durch Zwischenstufenabzweigung und eines Kühlluftstromes, der am Auslaß des Verdichters abgezweigt ist. Es sind weiterhin Maßnahmen vorgesehen zur Richtung des Luftstromes, welcher an den Verdichterzwischenstufen abgezweigt ist, und des am Auslaß des Verdichters abgezweigten Luftstromes zu den Turbinenlaufschaufeln.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Gasturbinentriebwerkes, welches die Zweistromkühleinrichtung gemäß der Erfindung enthält.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der mit Zweistromkühlung gekühltem Turbine in dem Triebwerk nach Figur 1.

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Fig. 2A ist ein vergrößerter Schnitt der Dichtungsanordnung für den Kühlstrom für eine Turbine nach Figur 2.

Fig. 3 ist eine Aufsicht längs der Linie 3-3 der Figur 2 und zeigt die mit Zweistromsystem gekühlte Turbine.

Fig. 4 enthält eine perspektivische Ansicht des Fußteils einer Turbinenlaufschaufel der durch Zweistrom gekühlten Turbine gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem zylindrischen Gehäuse 12, das an einem Ende offen ist zur Schaffung eines Einlasses 13 für einen Axialstromverdichter 14. Der Verdichter 14 umfaßt eine drehbare Trommel 16 mit einer Anzahl von im axialen Abstand angeordneten Reihen von Laufschaufeln 18, welche sch von der Oberfläche der Trommel 16 aus erstrecken und der durchgehenden Luft einen Geschwindigkeitsdruck vermitteln. Ira axialen Abstand angeordnete Reihen von Statorleitschaufeln 19 sind zwischen die Rotorlauf schaufe.ln eingefügt. Eine Reihe von stromabwärts angeordneten Auslaßleitschaufeln 20 und ein Diffusorkanal 22 ermöglichen eine Steigerung des Staudruckes oder statischen Druckes der Luft zur Abgabe an einen Brenner 24. In den Brenner 24 wird über eine Reihe von Brennstoffdüsen 26 Brennstoff eingeführt und das erhaltene Gemisch wird gezündet, um den Energieinhalt der Gase zu erhöhen. Den Düsen 26 wird unter Druck stehender Brennstoff aus einer nicht gezeigten Quelle zugeführt. Die Heißgase der Verbrennung werden durch eine Turbineneinlaßdüse 28 abgegeben und durch die Turbinenlaufschaufeln 30 geführt,welche am äußeren Umfang eines Turbinenlaufers 32 angeordnet sind. Dieser treibt den Verdichter 14 über eine Verbindungswelle 34 an. Die Heißgase der Verbrennung werden über eine übliche Ausstoßdüse (nicht gezeigt) stromabwärts von dem mit der Bezugsziffer 36 bezeichneten Punkt ausgestoßen, um einen Antriebsschub für das Triebwerk 10 zu erzeugen.

Um den Läufer 32 und die Turbinenlaufschaufeln 30 zu kühlen, wird aus einem Zwischenstufenbereich und aus dem Auslaßbereich des

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Verdichters (14) Kühlluft abgezweigt. Die Luft vom Zwischenstufenbereich des Verdichters wird über eine Zwischenstufenluftabzweigöffnung des Verdichters abgezweigt und dann zum rückwärtigen Ende des Triebwerkes durch das Innere der Verbindungswelle 34 gerichtet.

Im Auslaßbereich des Verdichters 14 ist eine Abzweigöffnung 40 für Verdichterluft sichtbar, von der ein Teil der vom Verdichter abgegebenen Luft abgezweigt wird. Diese Abzweigöffnung 40 ergibt eine Strömungsmittelverbindung über eine innere zylindrische Unterteilung 41, die radial außerhalb der Zwischenverbindungswelle 40 im Abstand angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt, um einen axial verlaufenden kreisringförmigen Sammelraum 42 zu definieren. Dieser dient dazu, die am Verdichterauslaß abgezweigte Kühlluft zum rückwärtigen Ende des Triebwerkes zu.leiten.

Die am Auslaß des Verdichters vorhandene Luft befindet sich allgemein auf einer höheren Temperatur als die Luft der Zwischenstufe des Verdichters infolge der erhöhten Kompressionsarbeit. Die durch die höhere Temperatur der am Verdichterauslaß abgezweigten Luft vorhandene Wärme wird über die Zwischenverbindungswelle 34 mit Hilfe von Kühlfahnen 35 an die kältere in der Zwischenstufe des Verdichters abgezweigte Luft abgegeben, so daß die Welle 34 auch noch die zweite Funktion eines Wärmeaustauschers erfüllt. Die Verbindungswelle 34 ergibt einen Wärmeaustauscher mit äußerst hohem Wirkungsgrad infolge der Drehung mit hoher Gesch windigkeit, welche hohe Wärmeübergangskoeffizienten an den inneren und äußeren Oberflächen der Welle sowie starke Konvek- -. tiönsströme durch die Welle 34 ergibt. Die Wärmeübertragung durch die Welle 34 ergibt eine Vorkühlung der heißeren am Verdichterauslaß abgezweigten Kühlluft und vermindert daher bedeutend »die Menge dieser Kühlluft, welche zur Durchführung der notwendigen Kühlung erforderlich ist. Durch die Zufügung von Wärme zur an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft wird eine Erhöhung der sonst ausreichenden Menge dieser Kühlluft erforderlich, Die Verminderung der Menge der abgezweigten Luft am Auslaß überwiegt jedoch die notwendige Erhöhung der Menge der an der Zwi-

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schenstufe abgezweigten Luft und dadurch ergibt sich eine Gesamterhöhung des Wirkungsgrades des Kühlstroms. Das Verhältnis der Kühlluftmenge, welche an der Verdichterzwischenstufe abgezweigt wird zur am Verdichterauslaß abgezweigten Kühlluft, kann zur Erreichung eines maximalen Wirkungsgrades optimiert werden.

Es ist ersichtlich, daß der mittlere Teil des· Turbinenläufers 32 hohl gestaltet ist und einen radial sich erstreckenden ringförmigen Sammelraum 44 enthält zur Aufnahme der an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft. Der Läufer 32 kann zwei axial im Abstand angebrachte Rotorscheiben 32A und 32B besitzen, die mit Hilfe einer Vielzahl von am Umkreis im Abstand angeordneten Leitflächen 45 miteinander verbunden sind, welche sich radial nach außen erstrecken und integral mit einer oder beiden der Scheiben 32A und 32B ausgebildet sein können. Die Kühlluft aus der Verdichterzwischenstufe tritt in einen kreisringförmigrm Einlaß 47 ein. Die Leitflächen 45 wirken dann durch Zentrifugalwirkung und pumpen die Kühlluft in Richtung der Turbinenlaufschaufeln 30. Der Turbinenläufer 32 ist fest an der Verbindungswelle 34 befestigt mit Hilfe einer Vielzahl von am Umkreis im Abstand angebrachten Befestigungsbolzen 49.

Zwischen der Scheibe 32A des Läufers und der Verbindungswelle 34 und von den gleichen Befestigungsbolzen 49 gehalten befindet sich ein sich radial erstreckendes Scheibenteil 50. Das Scheibenteil 50 enthält einen inneren axial nach rückwärts verlaufenden umkreisförmigen Flansch 51, der integral mit dem Teil 50 ausgebildet ist und einen integral ausgebildeten äußeren axial nach rückwärts verlaufenden Umkreisflansch 52. Die Peripherie jedes dieser Flansche 51,52 ist in Eingriff mit einem Ringdichtungsteil 54 und hält das Dichtungsteil 54 in festem Dichtungseingriff gegen die stromauf liegende Oberfläche der Läuferscheibe 32A und definiert weiterhin eine ringförmige Sammelkammer 56 zwischen dem Scheibenteil 50 und dem Dichtungsteil 54. Die am Verdichterauslaß abgezweigte Kühlluft tritt in den Sammelraum 56 über eine Vielzahl am Umkreis im Abstand angebrachter Einlaßöffnungen 58 in dem Scheibenteil 50 ein und tritt über eine Vielzahl von am Umkreis im Abstand ange-

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brachter Verbindungsöffnungen 60 in den Döitungsteil 54 aus.

Insbesondere aus Figur 2 ist die Befestigungsanordnung 61 für die Laufschaufeln mit doppeltem Schwalbenschwanz in Einzelheiten ersichtlich. Jede der Laufschaufeln 30 enthält einen Profilabschnitt 62 und eine Plattform 64, von der sich ein halbkreisförmiger Fußteil 66 im wesentlichen radial nach innen erstreckt. Ein Schwalbenschwanzfußteil 68 erstreckt sich radial nach innen vom Inneren des halbkreisförmigen Fußteils 66. anleinem Punkt, der im wesentlichen zwischen den seitlichen Enden des Halbkreises liegt. Außenteile 70,72 erstrecken sich von entsprechenden seitlichen Enden des halbkreisförmigen Wurzel- oder Fußteils 66 nach innen.

Die Laufschaufeln 30 werden radial und axial festgelegt mittels zweier umkreisförmiger Schwalbenschwanzführungen 74,76, die sich radial nach außen vom Umfang des Turbinenlaufers 32 aus erstrekken. Die Schwalbenschwanzführungen 74,76 sind axial im Abstand angebracht, wobei jede Führungsschiene an dem äußeren radialen Ende,verdickt ist, um nach außen verlaufende Ansatzschultern zu erhalten. Jeder Schwalbenschwanzfuß 68 ist am radial inneren Ende verdickt, um nach außen verlaufende Schultern zu erhalten, die dann beim Einführen der Laufschaufeln in Eingriff mit den nach innen verlaufenden. Schultern der gegenüberstehenden Führungsschienen 74,76 kommen. Ebenso kommen beim Einsetzen-der Laufschaufeln die Ansatzteile 70, 72 in Eingriff mit den nach außen weisenden Schultern an den Schienen 74,76. Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der Schwalbenschwanzfußteil 68 etwas abgesetzt gegenüber den Ansatzteilen 70, 72 , um eine optimale radiale Halterung für den Profilteil 62 zu ergeben.

Aus Figur'3 ist die Anordnung der Einlaßschlitze für die Laufschaufeln ersichtlich. Die Einlaßschlitze 78,80 in der Schwalbenschwanzwurzel 68 sind umfangsmäßig abgesetzt von den Ansatzeinlaßschlitzcn 82,84, um das Einsetzen der einzelnen Laufschaufelteile 30 zu erleichtern. Jede Laufschaufel 30 wird einzeln eingesetzt,

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wobei gleichzeitig der Schwalbenschwanzfußteil 68 und die Ansatzteile 70, 72 durch ihre jeweiligen Einlaßschlitze geschoben werden. Nach dem Einsetzen wird jede Laufschaufel 30 umfangsmäßig verschoben längs der Schienen 74,76, bis ihre Plattform an einer benachbarten Laufschaufel anliegt und die Schwalbenschwanzführungsschienen utnfangsmäßig durch die Gesamtheit der eingeführten Laufschaufeln gefüllt sind. Nach dem Einfügen der letzten Laufschaufel wird die ganze Umfangsreihe der Laufschaufeln um einen begrenzten Abstand längs der Schwalb en schwanzschienen 74,76 verschoben, so daß die Einsatzschlitze nicht in Ausrichtung mit d<?n entsprechenden Schwalbenschwanzfußteilen und Ansätzen sind und dadurch eine radiale Festlegung aller Laufschaufeln wä_hrend des Betriebs der Turbine gewährleistet ist.

Die Einrichtungen zur Erzielung einer Abdichtung zwischen den halbkreisförmigen Wurzelteilen 66 sind am besten ersichtlich aus Figur 4. Die entgegengesetzt gekrümmten Kanten jedes halbkreisförmigen Wurzelteils 66 enthalten eine bogenförmig verlaufende Nut 86 über, ihre Länge. Bogenförmig verlaufende Abdichtungsteile 88 kommen in Eingriff mit gegenüberstehenden Nuten 86 benachbarter Laufschaufeln und ergeben eine Abdichtung zwischen diesen. Die Dichtungsteile weisen einen durch gekrümmte Linien begrenzten Querschnitt auf, um sogar für den Fall einen Eingriff mit guter Abdichtung gegen fließfähige Medien zu erhalten, bei dem die Nuten 86 nicht unmittelbar gegenüberstehend ausgelichtet werden können.

Die Laufschaufelbefestigungsanordnung 61 mit doppeltem Schwalbenschwanz ist zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Zweistromkühlung der Turbine in folgender Weise eingerichtet. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß der Kühlluftstrom vom Verdichterauslaß nach dem Durchgang durch die Verbindungsöffnungen 60 einen zweiten Sammelraum 90 füllt. Dieser ringförmige Sammelraum 90 ist definiert durch die rückwärtige Fläche 92 des Dichtungsteils 54 im Zusammenwirken mit der vorderen Fläche 94 eines ringförmigen integralen Flansches 96, der sich in etwa radialer Richtung von dem Dichtungsteil 54 aus erstreckt. Der äußere Umfang des inte-

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gralen Flansches 96 kommt in Eingriff mit der inneren Kante eines ringförmigen integralen Flansches 98, der sich von der Kante einer umkreisförmigen integralen Erhebung 100 aus radial nach innen erstreckt. Diese integrale Erhebung 100 ragt axial von der Rotorläuferscheibe 32A aus nach vorn und kommt in Eingriff mit der rückwärtigen Fläche 92 eines Dichtungsteils 54 und definiert dadurch den Sammelraum 90. Für Triebwerke mit niedrigeren Betriebstemperaturen kann ein Kompromiß bezüglich der strengen Abgjsnzung und Führung des Kühlluftstromes abgezweigt am Verdichterauslaß vorgenommen werden, indem der integrale Flansch 96 eliminiert wird. Damit wird dann der Kühlstrom zu dem großen Sammelraum 101 geleitet und dabei geführt zwischen dem kreisringförmigen Dichtungsteil 54 und der Scheibe 32A des Turbinenläufers.

Der am Verdichterauslaß abgezweigte Kühlluftstrom tritt aus dem ringförmigen Sammelraum 90 über eine Vielzahl von am Umkreis im Abstand angebrachten Auslaßöffnungen 102 aus und fließt von dort zu einem zweiten ringkreisförmigen Sammelraum 104, dessen Einzelheiten aus Figur 2A ersichtlich sind. Der Sammelraum 104 ist definiert durch die rückwärtige Fläche 92 der Dichtung 54 in Kombination mit der inneren seitlichen Kante 106 des halbkreisförmigen Wurzelteils 66. Die innere seitliche Kante 106 enthält auch einen radial nach innen sich erstreckenden integralen Flansch 108, dessen vordere Fläche im Eingriff und in gut abdichtender Verbindung mit der rückwärtigen Fläche eines kreisringförmigen integralen Flansches 110 steht, der sich von der vorderen Kante des integralen Ansatzes 1.00 aus radial nach außen erstreckt und dadurch wird der Sammelraum .104 vollständig definiert. Es ist zu beachten, daß die rückwältige Fläche 92 der Dichtung 54 ebenfalls in einer gut dichtenden Verbindung mit dem halbkreisförmigen Fußteil 66 steht.

Die am Verdichterauslaß abgezweigte Kühlluft tritt aus dem Sammelraum 104 über Durchlässe 112 in jeden der halbkreisförmigen Fußteile 66 ein. Von den einzelnen Durchlässen 112 ausgehend wird darin der Kühlluftstrom in eine radiale Kammer 114 in dem Profil-

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abschnitt 62 der Laufschaufel 30 gerichtet, wie es aus Figur 3 am besten ersichtlich ist. Jede der Kammern 114 erstreckt sich in axialer Richtung von der Eintrittskante 105 des Profilteils 62 längs der konkaven Fläche des Profils. Eine Vielzahl von Perforationen oder Öffnungen 116 sind in dem Eintrittskantenbereich 105 des Profils vorgesehen. Ebenso kann eine Vielzahl von Öffnungen 118 in dem verjüngten dünnen Austrittskantenberexch 117 vorgesehen sein, in dem diese Öffnungen 118 dann radial im Abstand angeordnet sind und axial zwischen der radialen Kammer und praktisch der gesamten Austrittskante 117 verlaufen. Diese Öffnungen 116, 118 können sehr kleine Querschnittsflächen aufweisen, wobei die Durchmesser der Öffnungen in der Größenordnung von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) bis etwa 0,64 mm (0,025 Zoll) liegen.

Die an der Verdichterzwischenstufe abgezweigte Kühlluft wird beim Durchgang über die radiale Ausdehnung des ringförmigen Sammelraumes 44 zwischen den Turbinenläuferscheiben 32A, 32B in den Bereich abgegeben, welcher durch die innere Oberfläche des halbkreisförmigen Fußteils 66" begrenzt ist. Der an der Verdichterzwischenstufe abgezweigte Kühlluftstrom wird dann durch Zentrifugalkraft oder Pumpwirkung radial nach außen in die Durchlässe 120, 120' durch den halbkreisförmigen Fußteil 66 gepumpt. Die Durchlässe 120, 120* stehen in Strömungsmittelverbindung mit einer Kammer 122, die sich radial durch den Profilteil 62 der Laufschaufel 30 erstreckt, wie am besten aus Figur 3 ersichtlich. Die Kammer 122 erstreckt sich axial längs der konvexen Seite des Tragflügelprofils und steht in Verbindung mit Auslaßbphrungen 124 an der Spitze der Laufschaufeln. Die vorstehend beschriebene Turbine mit Zweistromkühlung ergibt ein äußerst wirksames Kühlsystem. Der kritische Eintrittskantenbereich 105 und die konkave Fläche des Tragflügelprofilteils 62 sind diejenigen Bereiche der Laufschaufel, welche die höchsten Aufpralldrucke des Heißgases vom Brenner absorbieren müssen. Die erfindungsgemäße Turbine mit Zweistromkühlung richtet einen Kühlluftstrom vom Verdichterauslaß mit hohem Druck gegen diese kritischen Bereichs der Turbinenlaufschaufel, wo dieser hohe Druck des Kühlluftstromes besonders notwendig ist zu einer wirksamen Kühlung der Laufschaufel. Der Heißgasstrom,

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welcher auf die konvexe Seite des Profilabschnittes der Laufschaufeln auf trifft, ist allgemein auf einem niedrigeren Druck im Vergleich zu dem Gasstrom, welcher auf die Eintrittskante und auf die konkave Fläche des Profils auftrifft und erfordert daher einen Kühlluftstrom, welcher nicht einen so hohen Druck besitzen muß. Daher ist ein an der Verdichterzwischenstufe abgezweigter Luftstrom mit niedrigerem Druck ausreichend zur Kühlung des konvexen Bereiches des Tragflügelprofils. Die Verwendung einer doppelten Quelle für den Kühlluftstrom zur Kühlung einer einzigen Reihe von Turbinenlaufschaufeln ergibt eine große Wirtschaftlichkeit und einen hohen Wirkungsgrad des Kühlluftstromes für die Turbine, welcher nicht durch Verwendung einer einzigen Kühlquelle erreicht werden kann.

Obwohl die zuvor beschriebene Laufschaufelbefestigung mit doppeltem Schwalbenschwanz besondere Vorteile besitzt, um die schwierigen Dichtungsprobleme zu lösen, welche einer zweistromgekühlten Turbine eigen sind, ist die Erfindung keineswegs auf die Einzelheiten dieser bestimmten Laufschaufelbefestigung beschränkt. Andere konventionellere Laufschaufelbefestigungen könnten dieser Zweistromkühlung angepaßt werden. Ebenso können die Form und Ausgestaltung der Kammern im Profilteil,und die zuvor erwähnten Perforationen abgeändert werden, um den verschiedensten Kühlerfordernissen für Laufschaufeln gerecht zu werden, ohne den Umfang der Erfindung jzu verlassen.

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Claims

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Patentansprüche

Turbine mit Zweistromkühlung für ein (Jasturbinentriebwerk mit strömungsmäßig in Reihe geschaltetem Verdichter, Brenner und Turbine, gekennzeichnet durch: eine erste Einrichtung (38) zur Abzweigung eines Teils des Luftstromes an der Verdichterzwischenstufe an einem Punkt zwischen dem Einlaß- und Auslaßende des Verdichters (14), '

eine zweite Einrichtung (40) zur Abzweigung eines Teils des Verdichterluftstromes an einem Punkt stromabwärts von der ersten Abzweigeinrichtung,

ein Turbinen laufer (32), welcher antriebsmäßig mit dem Verdichter verbunden ist,

eine Vielzahl von Laufschaufeln (30), die am Umfang des Turbinenläufprs (32) im Abstand angebracht sind, wobei das Innere des Tragflügelprofilteils jeder Laufschaufel eingerichtet ist zur gleichzeitigen Aufnahme von Kühlluftströmen, die am Verdichter sowohl von der ersten als auch der zweiten Abzweigeinrichtung abgezweigt sind,

Einrichtungen (44) zur Leitung des am Verdichter abgezweigten Luftstromes von der ersten Abzweigeinrichtung zu den Turbinenlaufschaufeln, und Einrichtungen (60) zur Leitung des Luftstromes vom Verdichter von der zweiten Abzweigeinrichtung zu den Turbinenlaufschaufeln.
2. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Abzweigeinrichtung (60) zur Abzweigung eines Teils des am Korapressorauslaß abgegebenen Luftstromes angeordnet ist.
3. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere jedes einzelnen Profilteils eine erste hohle Kammer (122) zur Aufnahme der an einer Zwischenstufe des Verdichters abgezweigten Kühlluft besitzt und zur Leitung dieser Luft zur Kühlung der Flächen des Profils, auf welche die Heißgase vom Brenner mit den niedrigeren Drücken aufprallen und

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eine zweite Hohlkammer (114) zur Aufnahme der am Verdichterauslaß abgezweigten Kühlluft und zur Richtung dieser Kühlluft zur Kühlung derjenigen Flächen des Profils, auf welche das Heißgas vom Brenner mit höheren Drücken auftrifft.
4. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Abzweigung eines Teils des Luftstromes an der Verdichterzwi« schenstufe und zur Leitung dieses Luftstromes zur Turbinenlaufschaufel enthält; .

eine Abzweigöffnung (38) von dem Verdichter (14) an einem Punkt zwischen dem Einlaß-und Auslaßende des Verdichters, eine die Turbine und den Verdichter verbindende hohle Antriebswelle (34), deren hohles Inneres in Strömungsmittelverbindung mit der Abzweigöffnung (38) steht zur Aufnahme der an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft und zur Leitung dieses Kühlluftstromes nach rückwärts zur Turbine und

ein radial sich erstreckender ringkreisförmiger erster Sammelraum (44) durch den Turbinen lauf er (32) zur Aufnahme dieser an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft und Leitung der Kühlluft zur ersten Hohlkammer (122) jedes Tragflügelprofils.
5. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 3, dadurch gekenn ze ichnet, daß die Einrichtung zur Abzweigung eines Teils des Luftstromes am Verdichterauslaß und zur Leitung dieses Luftstromes zur Turbinenlaufschaufel folgende Einrichtungen enthält:

einen inneren zylindrischen Teil (41)y der radial zwischen den Brenner und die Verbindungswelle eingefügt ist und einen axial verlaufenden ringkreisförmigen zweiten Sammelraum (42) zwischen dieser Unterteilung und der Verbindungswelle (34) definiert,

eine Abzweigöffnung (40) durch die zylindrische Unterteilung zur Abzweigung eines Teils des Luftstromes am Verdichterauslaß, wobei diese am Verdichterauslaß abgezweigte Luft längs des axial verlaufenden Sammelraums (42) strömt und die Ver-

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bindungswelle (34) ein Wärmeaustauscher ist zum Wärmeübergang von der am Verdichterauslaß abgezweigten Luft höherer Temperatur zur an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Luft mit niedrigerer Temperatur.
6. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein ringförmiges Dichtungsteil (54) enthält, das im Dichtungseingriff mit dem Turbinenläufer (32) und den Turbinenlaufschaufeln (30) ist und eine dritte Sammelkammer (90) dazwischen definiert einschließlich einer Vielzahl von Einlaßöffnungen (102), durch welche der Kühlluftstrom vom Verdichterauslaß durch diesen dritten

. Sammelraum und in die zweite Hohlkammer (114) jedes Tragflügelprofilteils gerichtet ist.
7. Turbine mit Zweistromkühlung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Befestigung der Laufschaufeln folgende Teile besitzen:

zwei umkreisförmig und mit axialem Abstand angeordnete Schwalbenschwanzführungsschienen (74,76), die sich von dem Umfang des Turbinenläufers aus radial nach außen erstrecken, wobei jede Führungsschiene an dem radial äußeren Ende verdickt ist zur Schaffung von sich nach außen erstreckenden Ansatzschultern, und Nuten (78,80) durch die Schultern vorgesehen sind zum Einsetzen einzelner Laufschaufeln, ein halbkreisförmiger Fußteil (66 )_fder sich von der Basis des Tragflügelprofilteils jeder Laufschaufel (30) aus im wesentlichen radial nach innen erstreckt,

einen Schwalbenschwanzfußteil (68), der sich von dem Inneren des halbkreisförmigen Fußteils aus radial nach innen erstreckt von einem Punkt, der im wesentlichen in der Mitte zwischen den seitlichen Enden des Hauptteils liegt und an dem radial inneren Ende verdickt ist und sich nach außen erstrekkende Ansatzschultern besitzt,

Ansatzteile (70,72), die sich von den jeweiligen Enden des halbkreisförmigen Fußteils (66) aus radial nach innen erstrekken, so daß beim Einfügen der Laufschaufel in die Nuten jede Laufschaufel (30) umfangsmäßig gleitend verschiebbar ist, wobei

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die nach außen sich erstreckenden Ansatzschultern des Schwalbenschwanzfußteils (68) in Eingriff kommen können mit den
nach innen weisenden Schultern der gegenüberstehenden Führungsschienen (74,76).und die Ansatzteile (70,72) jeweils im Eingriff sind mit den nach außen weisenden Schultern der Führungsschienen (74,76).
8. Turbine mit Zweistromkühlung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennze ichnet, daß der T urbine.nl auf er einen
radial verlaufenden kreisringförmigen ersten Sammelraum (44)
durch den Turbinenläufer (32) besitzt zur Aufnahme der an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft, diese Kühlluft durch Zentrifugalwirkung über die radiale Ausdehnung des ersten Sammelraumes (44) bewegbar ist und von dem äußeren Umfang des Turbinen laufe rs (32) in den Bereich fließen kann, welcher
durch die innere Oberfläche des halbkreisförmigen Fußteils
(66) definiert ist,

ein kreisringförmiges Dichtungsteil (54) im abdichtenden Eingriff mit dem Turbinenläufer (32) und den Laufschaufelfußteilen (66), so daß diese Teile eine zweite Sammelkammer (90) dazwischen definieren einschließlich einer Vielzahl von Einlaßöffnungen (102) zur Richtung der am Verdichterauslaß abgezweigten Kühlluft in den zweiten Sämmelraum (90),
die halbkreisförmigen Fußteile (66) erste sie durchsetzende
Kanäle (120,120') besitzen zur Herstellung einer Strömungsmittelverbindung von dem ersten hohlen Raum (122) jedes Tragflügelprofils zur inneren Oberfläche jedes der halbkreisförmigen Fußteile (66) zur Aufnahme und Leitung der an der Verdichterzwischenstufe abgezweigten Kühlluft in den ersten Sammelraum und diese Fußteile

zweite Kanäle (112) durch diese Teile in Strömungsmittelverbindung von dem zweiten hohlen Raum (114) jedes Tragflügelprofils zur seitlichen Kante jedes der halbkreisförmigen Fußteile (66) bilden zur Aufnahme und Leitung der am Verdichterauslaß abgezweigten Kühlluft in den zweiten Sammelraum (114).

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Gasturbinentriebwerk mit einer doppelten Quelle für Kühlstrom, bei der die Einrichtungen zur Befestigung der Laufschaufeln an dem Turbinenläufer gekennzeichnet sind durch; zwei umkreisförmige und im axialen Abstand angebrachte Schwalbenschwanzführungsschienen (74,7C) erstrecken sich vom Umfang des Turbinenlaufers (32) aus radial nach außen, wobei jede der Führungsschienen an dem radial äußeren Ende verdickt ist zur Schaffung von nach außen verlaufenden Ansatzschultern und Nuten (73,80) durch die Schultern vorgesehen sind zur Einfügung einzelner Laufschaufeln,

ein halbkreisförmiger Fußteil (66) sich von der Basis des Tragflügelprofilteils jeder Laufschaufel aus im wesentlichen radial nach innen erstreckt,

ein Schv/albenschwanzfußteil (68) sich von dem Inneren des halbkreisförmigen Fußteils (66) aus radial nach innen erstreckt von einem Punkt aus, der im wesentlichen mitten zwischen den seitlichen Enden des Halbkreises liegt, und an dem radial inneren

Ende verdickt ist zur Schaffung nach außen verlaufender Ansatzschultern,

Ansatzteile (70,72) sich von den jeweiligen Enden des halbkreisförmigen Fußteils aus erstrecken, so daß beim Einfügen der Laufschaufel in die Nuten (78,80) jede Laufschaufel umkreisförmig gleitend so verschoben werden kann, daß die sich nach außen erstreckenden Ansatzschultern des Schwalbenschwanzxußteils (68) im Eingriff mit den nach innen weisenden Schultern der gegenüberstehenden Führungsschienen (74,76) sind und die Ansatzteile (7Q72) jeweils im Eingriff sind mit den nach außen weisenden Schultern der Führungsschienen (74,76).

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