DE2819808C1 - Leitschaufelkranz fuer die Turbine eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitschaufel­ kranz der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Gattung. Ein derartiger Leitschaufelkranz ist aus der DE-AS 12 91 559 bekannt, welche eine mehrstufige Axial-Turbomaschine betrifft, bei der die Leitschaufeln mit ihren radial äußeren Enden durch Schlitze der Außenwand des Gehäuses hindurchstehen und von radial federnden Blechen getragen werden, die am stromaufwärtigen und stromabwärtigen Ende in Ring­ nuten von Radialrippen der äußeren Wand einstehen. Die federnden Blechabschnitte liegen andererseits in einer Nut am Bauch jeder Leitschaufel und mit einer Ausneh­ mung am Rücken der benachbarten Leitschaufeln an. Am radial inneren Ene ist überhaupt keine Befestigung vorgesehen, und diesem radial inneren Ende steht un­ mittelbar die die Laufschaufeln tragende Welle gegen­ über. Eine solche Anordnung wäre für Flugtriebwerke nicht geeignet, weil im Hinblick auf die am Auslaß der Brennkammer herrschenden Drücke und Temperaturen eine einseitige Festlegung dieser Leitschaufeln nicht be­ friedigen könnte. Aus dem gleichen Grund genügt auch die Leitschaufelbefestigung gemäß der DE-AS 12 28 462 nicht den Bedingungen, die bei einem Flugtriebwerk herrschen. Hier erfolgt die Befestigung lediglich durch den Schaufelfuß, und am radial äußeren Ende erfolgt über die Schaufelringabschnitte lediglich eine axiale Abstützung an der Gehäusewand.

Es ist weiter durch die GB-PS 9 49 231 ein Leit­ schaufelkranz für ein Triebwerk bekanntgeworden, bei dem die Leitschaufeln mit ihren äußeren Enden durch Öffnungen eines Schaufelringbleches hindurch­ stehen und dann an einem weiteren Blech festgelegt sind. Innen wird der Schaufelring durch ein U-för­ miges Profil gebildet und die Schaufelfortsätze sind im Gehäuseaufbau verankert. Hierbei handelt es sich jedoch um den Kompressorteil eines Triebwerks und nicht um den Turbinenteil, und im übrigen erfordert diese Konstruktion einen sehr massiven und aufwendigen Aufbau, wobei die einzelnen Teile metallurgisch mit­ einander verbunden werden müssen, was zwar im Kom­ pressorabschnitt möglich, jedoch im Turbinenabschnitt infolge der zu erwartenden thermischen Ausdehnungen unzulässig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Leitschaufelkranz für den Turbinenteil eines Flug­ triebwerkes zu schaffen, der bei geringem Gewicht eine einwandfreie Dichtung und eine formschlüssige Abstützung mit der Möglichkeit differentieller ther­ mischer Ausdehnung gewährleistet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male.

Dadurch, daß die Verankerung der Schaufeln außen und innen über die axial vorstehenden Finger er­ folgt, können die Leitschaufeln auf einfache Weise durch Gießen hergestellt werden, weil keine über das Schaufelprofil vorstehenden Teile erforderlich sind. Dadurch, daß die Schaufelringe von ihrer tragenden Funktion befreit sind, können sie aus relativ dünnem Blech bestehen, wobei eine gute Ab­ dichtung durch Einlöten in die Schaufelringausneh­ mungen möglich ist. Dadurch, daß die Abstützung der Schaufelfortsätze innen und außen nur jeweils ein­ seitig in Belastungsrichtung erfolgt, ist eine ther­ mische differentielle Ausdehnung in jeder Richtung möglich, ohne daß die Stützfunktion beeinträchtigt wird. Außerdem schafft die erfindungsgemäße Anordnung die Möglichkeit einer wirksamen Transpirationskühlung der Schaufelringe, was in diesem Bereich der Turbine von besonderer Wichtigkeit ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seiten­ ansicht eines Gasturbinen-Strahltrieb­ werks mit einem Düsenleitschaufelkranz gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Leitschaufelkranzes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Lageraufbaus.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Gehäuse 10, in dem in Strömungsrichtung hintereinander ein Kompressor 11, eine Verbrennungseinrichtung 12 und eine Turbine 13 angeordnet sind. Stromab der Turbine endet das Gehäuse in einer Schubdüse 14.

Um die heißen, aus der Brennkammer 12 austretenden Gase auf die Rotorschaufeln 15 der Turbine zu richten, ist ein Leitschaufelkranz 16 vorgesehen, der mehrere im Winkelabstand zueinander angeordnete stromlinien­ förmige Schaufelschäfte 17 aufweist, die zwischen inneren und äußeren Schaufelringen 18 und 19 verlaufen. Insbesondere aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Schaufelringe 18 und 19 aus dünnem Metallblech be­ stehen. Das innere Schaufelringblech 18 ist mit vor­ deren und hinteren Profilringen 20 bzw. 21 versehen, wobei der vordere Profilring 20 gegen einen Dichtungs­ flansch 22 anstößt, der am radial inneren stromab­ wärtigen Teil 23 der Brennkammer ausgebildet ist. Der stromabwärtige Profilring 21 weist eine Feder 24 auf, die gegen die vordere Oberfläche des Profilringes 21 drückt und eine Abdichtung zwischen dem Profilring 21 und dem gehäusefesten Aufbau 25 schafft.

Das äußere Schaufelringblech 19 erstreckt sich über den Vorderrand der stromlinienförmigen Schaufel­ schäfte 17 nach vorn und ist an seiner äußeren Ober­ fläche mit einem Hülsenfortsatz 27 versehen. Dieser Hülsenfortsatz 27 beläßt einen Ringspalt zwischen sich und dem Schaufelringblech 19, und in diesen Spalt steht das stromabwärtige Ende 29 des äußeren Abschnitts der Brennkammer ein, so daß hierdurch eine Abdichtung erzielt wird. Am stromabwärtigen Rand ist das Schaufelringblech 19 mit einem als Winkel­ profil ausgebildeten Profilring 30 versehen, der ähn­ lich wie der Profilring 21 gegen eine Feder 31 stößt und so gegenüber dem gehäusefesten Aufbau 32 abge­ dichtet ist.

Da die Schaufelringbleche 18 und 19 relativ dünn und biegsam sind, ist es unzweckmäßig, diese Teile wesent­ lichen Belastungen auszusetzen, die normalerweise durch die Gasbelastungen und die thermischen Expansionen und Kontraktionen der Schaufelschäfte 17 übertragen werden. Der Lageraufbau ist daher so ausgebildet, daß die Schaufel­ ringbleche keine wesentlichen Belastungen aufzunehmen brauchen, selbst wenn unterschiedliche thermische Aus­ dehnungen stattfinden. Zu diesem Zweck sind die Schaufel­ schäfte 17 mit Fortsätzen 33 bzw. 34 versehen. Jeder Schaufelschaftfortsatz 33, 34 weist eine Anschlagfläche auf (Fig. 4), die auf eine entsprechende Anschlagfläche wirkt, die an einem Lastträgerfinger vorgesehen ist. Die äußeren Finger 35, die mit den Vorsprüngen 34 zu­ sammenwirken, sind in Fig. 4 ersichtlich. Jeder Finger 35 steht in Axialrichtung oder schräg gegen die Achse angestellt von dem Ring 36 vor.

Der Ring 36 ist seinerseits gegen den gehäusefesten Aufbau 32 abgestützt und mit Klauen 37 versehen, die in entsprechend gestaltete Ausnehmungen des Aufbaus 32 eingreifen, um eine Relativdrehung zu verhindern.

Der innere Aufbau, der die Belastung von den Schaufel­ schaftfortsätzen 33 aufnimmt, entspricht dem äußeren Aufbau und ist daher nicht im einzelnen dargestellt. Es sind wiederum mehrere axial von einem Ring 39 vor­ stehende Finger 38 vorgesehen, die dem gehäusefesten Aufbau 25 anliegen und mit Klauen 40 versehen sind, die eine Relativdrehung verhindern.

Sämtliche Belastungen, die auf die Schaufelschäfte 17 wirken, werden direkt von den Schaufelschaftfort­ sätzen 33 und 34 aufgenommen und über die Ringe 36 und 39 auf den gehäusefesten Aufbau 32 und 25 über­ tragen. Da der gehäusefeste Aufbau 32 und 25 im all­ gemeinen auf einer sehr viel niedrigeren Temperatur steht als die Schaufelschäfte und die Schaufelring­ bleche muß eine differentielle Ausdehnung stattfinden können, und dies wird durch die Einwärts- oder Aus­ wärtsbewegung der Enden der Finger 35 und 38 ermöglicht, welche den Schaufelschaft berühren und infolgedessen die Ringe 36 und 39 zu verdrillen suchen. Wegen der Länge der Finger 35 und 38 ergibt sich eine relativ große Aus­ dehnung, ohne daß sich die Ringe um einen sehr großen Winkel verdrillen müßten, und daher kann sich der gesamte Leitschaufelkranz mit den Schaufelring­ blechen 18 und 19 ausdehnen und zusammenziehen, ohne daß die dünnen Schaufelringbleche deformiert würden.

Jeder Schaufelschaft 17 kann durch Kühlsysteme be­ kannter Art gekühlt werden. Zur Kühlung der Schaufel­ ringbleche 18 und 19 werden diese aus einem porösen Material gefertigt, insbesondere einem solchen, welches aus einer Vielzahl aneinanderliegender Schichten besteht, die so angeordnet sind, daß Kühl­ luft einem gewundenen Pfad folgen muß, wenn sie von der einen Oberfläche nach der anderen Oberfläche strömt.

Die Schaufelschäfte 17 sind zweckmäßigerweise in entsprechenden Ausnehmungen der Schaufelringbleche 18 und 19 eingelötet, und die Lage dieser Verlötung ist in Fig. 3 bei 41 angedeutet.

Claims (8)

1. Leitschaufelkranz für die Turbine eines Gasturbinentriebwerks mit einem äußeren, aus Blech bestehenden Schaufelring, der Ausnehmungen zum Durchtritt von Schaufelschaftfortsätzen auf­ weist, die radial außerhalb des Schaufelrings im Triebwerks­ gehäuse abgestütz sind, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schaufelschaftfortsätze (34) und radial innere, durch Ausnehmungen eines inneren Schaufelringbleches (18) ge­ führte Schaufelschaftfortsätze (33) gegen die Gasbelastung in Umfangsrichtung und in Axialrichtung formschlüssig über Finger (35 bzw. 38) abgestützt sind, die von einem gehäusefest angeordneten Ring (36 bzw. 39) stromab gerichtet vorstehen.

2. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Finger (35 bzw. 38) tragende Ring (36 bzw. 39) mit Klauen (37) an der stromabwärtigen Stirnseite in entsprechende Ausnehmungen des gehäusefesten Aufbaus (32, 25) eingreift.

3. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelschaft (17) in die Ausnehmungen der Schaufel­ ringe (19, 18) eingelötet (41) ist.

4. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Schaufelringblech (18) an seinem stromaufwärtigen Ende innen mit einem Profilring (20) verschweißt ist, der mit einem Dichtungsflansch gegen einen gehäusefesten Dichtungs­ flansch (22) anliegt.

5. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Schaufelringblech (19) und das innere Schaufel­ ringblech (18) an ihrem stromabwärtigen Ende mit einem Profilring (30 bzw. 21) verschweißt sind, an dem sich Dichtungsfedern (31, 24) abstützen.

6. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende des äußeren Schaufelringbleches (19) einen Hülsenfortsatz (27) trägt, in den das stromab­ wärtige Ende (29) des stromabwärtigen Brennkammerabschnitts eingreift.

7. Leitschaufelkranz nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelringbleche (18, 19) aus einem porösen Metallauf­ bau bestehen.

8. Leitschaufelkranz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelringbleche (18, 19) aus mehreren Lagen bestehen, die Löcher aufweisen, wobei die Löcher benachbarter Schichten durch Kanäle verbunden sind.