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DE69109305T2 - Regelung des schaufelspritzenspiels für eine gasturbine. - Google Patents

Regelung des schaufelspritzenspiels für eine gasturbine.

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Publication number
DE69109305T2
DE69109305T2 DE69109305T DE69109305T DE69109305T2 DE 69109305 T2 DE69109305 T2 DE 69109305T2 DE 69109305 T DE69109305 T DE 69109305T DE 69109305 T DE69109305 T DE 69109305T DE 69109305 T2 DE69109305 T2 DE 69109305T2
Authority
DE
Germany
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turbine
cooling air
casing
gas turbine
housing
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE69109305T
Other languages
English (en)
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DE69109305D1 (de
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Andrew James Bradley
Stephen John Mills
Robin David Monico
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce PLC filed Critical Rolls Royce PLC
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Application granted granted Critical
Publication of DE69109305T2 publication Critical patent/DE69109305T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf die Einstellung des Schaufelspitzenspiels bei Turbinenrotorschaufeln eines Gasturbinentriebwerks und auf den statischen Aufbau, der die radial äußeren Spitzen dieser Schaufeln umschließt. Die Turbine eines Axialströmungs-Gasturbinentriebwerks umfaßt in herkömmlicher Weise wenigstens eine ringförmige Anordnung von radial verlaufenden, stromlinienförmig gestalteten Rotorschaufeln im Primärschubströmungskanal des Triebwerks. Die radial äußeren Enden der Schaufeln werden mit radialem Abstand durch einen ringförmigen Dichtungskörper umschlossen, der am Gehäuse der Turbine festgelegt ist. Der radiale Abstand zwischen den Schaufelspitzen und dem Dichtungskörper soll so klein wie möglich sein, um den Leckstrom der Schubströmungsgase an den Rotorschaufeln vorbei zu vermindern: je größer der Gasleckstrom, desto kleiner wird der Wirkungsgrad des Triebwerks.
  • Leider führen während eines typischen Gasturbinentriebwerkszyklus Änderungen in der Drehzahl und Temperatur innerhalb der Turbine zu einer beträchtlichen Veränderung des Radialspaltes zwischen den Schaufeln und dem Dichtungskörper. Demgemäß muß der Zwischenraum dazwischen größer gestaltet werden als dies für gewisse Triebwerksarbeitsbedingungen erwünscht wäre, um zu gewährleisten, daß eine Berührung zwischen den Schaufeln und dem Dichtungskörper, die eine Beschädigung herbeiführen könnte, nicht auftritt.
  • Die Bedingung, die zu dem kleinsten Zwischenraum zwischen den Schaufeln und dem Dichtungskörper führt, tritt dann auf, wenn das Gasturbinentriebewerk plötzlich auf volle Leistung geschaltet wird. Im typischen Fall tritt dies während des Starts eines Flugzeugs auf, das durch das Triebwerk angetrieben wird. Unter diesen Bedingungen heizen sich die Schaufeln schnell auf und expandieren demgemäß thermisch. Außerdem steigt die Drehzahl an, so daß sie einem Zentrifugalwachstum unterworfen ist. Gleichzeitig werden der Dichtungskörper und das Gehäuse, die die Schaufeln tragen, schnell aufgeheizt, und sie dehnen sich demgemäß thermisch aus.
  • Die Geschwindigkeit der thermischen Ausdehnung des Gehäuses und der Schaufeln sowie des zugeordneten Aufbaus werden zweckmäßigerweise so angepaßt, daß der Radialspalt zwischen Rotorschaufeln und Dichtungskörper innerhalb annehmbarer Grenzen verbleibt. Dies wird durch das sogenannte 'Verzögerungsanpassen' (slugging) des Turbinengehäuses erreicht. Unter 'verzögertem Anpassen' versteht man die Anordnung von Verzögerungsmassen oder thermischen Barrieren am Gehäuse, um das thermische Ausdehnungsverhalten zu modifizieren.
  • Wenn das Gasturbinentriebwerk in einen stetigen Zustand übergeht, der im typischen Fall unter Reisebedingungen auftritt, dann wird eine Temperatur-Gleichgewichtsbedingung erreicht. Die Gleichgewichtstemperatur, die von den verschiedenen Komponenten der Turbine erreicht wird, ist jedoch derart, daß der Radialspalt zwischen den Turbinenschaufeln und dem zugeordneten Dichtungskörper größer ist als er ansonsten erwünscht wäre.
  • Es sind Versuche unternommen worden, dieses Problem der Veränderung des Radialspaltes zwischen dem Dichtungskörper und den Schaufeln durch eine intermittierende Kühlung des Turbinengehäuses zu lösen. Im typischen Fall ist das Gehäuse während des Starts ungekühlt, um zu gewährleisten, daß der Radialspalt innerhalb annehmbarer Grenzen verbleibt. Wenn jedoch Reisebedingungen erreicht sind, dann setzt die Gehäusekühlung ein, um den Radialspalt zwischen dem Dichtungskörper und den Turbinenschaufeln auf einen optimalen Wert zu bringen.
  • Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß das Turbinengehäuse durch die Verzögerungsmassen, die die Ansprechgeschwindigkeit herabsetzen, so modifiziert wird, daß es in gleicher Weise langsam auf die Wirkungen der beabsichtigten Kühlung anspricht.
  • Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Turbinengehäuse aus einer Legierung bestehen muß, die genügend widerstandsfähig ist, um den hohen Temperaturen widerstehen zu können, die wahrscheinlich erreicht werden, wenn das Gehäuse nicht gekühlt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbinen- Triebwerksturbine zu schaffen, bei der diese Nachteile im wesentlichen vermieden sind.
  • Gemäß der Erfindung weist eine Gasturbinen-Triebwerksturbine ein Gehäuse auf, das mehrere ringförmige Stufen von stromlinienförmigen Rotorschaufeln umschließt, und die Schaufeln mit ihren Spitzen in einem radialen Abstand relativ zum Gehäuse angeordnet sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um Kühlluft auf die äußere Oberfläche des Gehäuses zu richten, um dieses zu kühlen, und wobei Steuermittel vorgesehen sind, um die Verteilung der Kühlluft derart zu steuern, daß diese auf das Gehäuse zwischen zwei in Umfangsrichtung axial beabstandete Bereiche des Gehäuses auftrifft, wobei außerdem Mittel vorgesehen sind, um eine Kühlluftströmung von dem vorderen Teil der Bereiche nach dem rückwärtigen Bereich zu richten, und die Steuermittel die Verteilung der Kühlluftströmung zwischen einer ersten Bedingung, in der die gesamte Kühlluft anfänglich nach dem vorderen Gehäusebereich gerichtet wird und einer zweiten Bedingung einzustellen, in der ein Teil der Kühlluft anfänglich nach dem vorderen Gehäusebereich gerichtet wird und der Rest nur nach dem rückwärtigen Gehäuseteil.
  • Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1 ist ein Axialschnitt der oberen Hälfte eines Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Turbine;
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Teils der Triebwerksturbine gemäß Fig. 1;
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Teils der Turbine gemäß Fig. 2 in größerem Maßstab;
  • Fig. 4 ist eine schematische Darstellung des Gehäusekühlsystems der Turbine gemäß den Fig. 2 und 3.
  • Fig. 1 zeigt ein Fan-Gasturbinentriebwerk 10, das in Axialströmungsrichtung hintereinander einen Fan 11, einen Zwischendruckkompressor 12, einen Hochdruckkompressor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Turbine 15 mit Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckteil 16, 17, 18 und eine Abgasdüse 18 aufweist.
  • Die in das Triebwerk 10 eintretende Luft wird durch den Fan 11 beschleunigt. Ein Teil der Luft, der vom Fan 11 ausgeblasen wird, liefert einen Vorwärtsschub, während die restliche Luft auf den Zwischendruckkompressor 12 gerichtet wird. Nach Verdichtung durch den Zwischendruckkompressor 12 wird die Luft noch weiter durch den Hochdruckkompressor 13 verdichtet, bevor sie in die Brennkammer 14 ausgeblasen wird. Dort wird die Luft mit Brennstoff vermischt und verbrannt. Die resultierenden, heißen Verbrennungsprodukte expandieren dann durch den Hochdruckteil, den Zwischendruckteil und den Niederdruckteil 16, 17, 18, wodurch der Hochdruckkompressor 13, der Zwischendruckkompressor 12 und der Fan 11 angetrieben werden, und danach werden die Gase durch die Schubdüse 18 ausgeblasen.
  • Hochturbine 16, Zwischendruckturbine 17 und Niederdruckturbine 18 sind mit näheren Einzelheiten aus Fig. 2 ersichtlich.
  • Der Hochdruckturbinenteil 16 umfaßt eine ringförmige Anordnung von stromlinienförmigen Rotorschaufeln 21 und eine ringförmige Anordnung von stromlinienförmigen Statorschaufeln 22. in gleicher Weise umfaßt der Zwischendruckteil 17 eine ringförmige Anordnung von stromlinienförmigen Rotorschaufeln 23 und eine ringförmige Anordnung von stromlinienförmigen Statorschaufeln 24. Der Niederdruckteil 18 ist jedoch mit drei ringförmigen Anordnungen von stromlinienförmigen Rotorschaufeln 25, 26 bzw. 27 und drei ringförmigen Anordnungen von stromlinienförmigen Statorschaufeln 28, 29 bzw. 30 versehen. Sämtliche Statorschaufelstufen 22, 24, 28, 29 und 30 sind fest an der radial inneren Oberfläche des Gehäuses 20 montiert.
  • Das Gehäuse 20 trägt außerdem Dichtungskörper 31, die radial außerhalb der ringförmigen Stufen von Rotorschaufeln 21, 23, 25, 26 und 27 liegen. Die Dichtungskörper 31 sind jeweils ringförmig derart ausgebildet und angeordnet, daß sie ihre jeweilige Rotorstufe umgeben, und sie sind außerdem segmentartig derart ausgebildet, daß sie sich radial nach innen und außen bei thermischer Expansion und Konzentration des Turbinengehäuses 20 bewegen können. Der Radialspalt zwischen den radial äußeren Spitzen der Rotorschaufeln 21, 23, 25, 26 und 27 jeder ringförmigen Stufe und dem entsprechenden Dichtungskörper 31 ist so klein wie möglich ausgebildet, um zu gewährleisten, daß der Leckgasstrom durch den Radialspalt so klein wie möglich gehalten wird. Die Art und Weise, auf die die Spalte so klein wie möglich gehalten wird, bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung.
  • Das Gehäuse 20 wird im Abstand durch eine Verkleidung 32 derart umschlossen, daß ein Ringspalt 33 dazwischen gebildet wird. Der Ringspalt 33 enthält eine Ringleitung 34, deren Aufbau deutlicher aus Fig. 3 erkennbar ist.
  • Die Ringleitung 34 liegt radial außerhalb jenes Abschnitts des Gehäuses 20, der die Rotorschaufeln 24 der zwischendruckturbine 17 umschließt. Die Ringleitung 34 wird von mehreren Kühlluft-Zuführungsrohren 35 getragen, die im gleichen Winkelabstand um die Turbine 15 herum angeordnet sind und ihrerseits durch die Verkleidung 32 getragen werden. Ein ringförmiger Dichtungskörper 36 befindet sich etwa in der Mitte der axialen Erstreckung der Ringleitung 34, um die Ringleitung 34 von dem Turbinengehäuse 20 zu distanzieren.
  • In der Verkleidung 32 ist eine Anzahl von Löchern 37 unmittelbar stromab der Kühlluft-Zuführungsrohre 35 angeordnet. Jedes der Kühlluft-Zuführungsrohre 35 und jede Öffnung 37 wird mit Kühldruckluft versorgt, die am Auslaß des Triebwerksfan 11 abgezapft wird. Die Kühlluftströmung in jedes der Kühlluftrohre 35 wird durch ein Klappenventil 38 moduliert, das am Einlaß des Kühlluft-Zuführungsrohres 35 angeordnet ist. In gleicher Weise wird die Kühlluftströmung durch jede Öffnung 37 durch ein Klappenventil 39 moduliert, welches in der Öffnung 37 liegt. Die Art und Weise, wie die Klappenventile 38 und 39 gesteuert werden, wird weiter unten beschrieben.
  • Die Kühlluft, die in die Kühlluft-Zuführungsrohre 35 einströmt, wird in die Ringleitung 34 gerichtet. In der radial inneren Wand 42 der Ringleitung 34 ist eine Anzahl von Löchern 41 vorgesehen, um das Entweichen von Kühlluft aus der Ringleitung 34 zu ermöglichen. Die Kühlluft tritt durch die Löcher 41 aus und trifft auf jenen Abschnitt des Turbinengehäuses 20, der unmittelbar radial außerhalb der Rotorschaufeln 23 des Zwischendruckkompressors liegt, auf und kühlen diesen Abschnitt der Turbine durch Auftreffkühlung.
  • Die Auftreffkühllöcher 41 in der Ringleitung 34 liegen sowohl stromauf als auch stromab des ringförmigen Dichtungskörpers 36. Infolgedessen strömt die Kühlluft, die aus der Ringleitung 34 austritt, nachdem sie das Gehäuse 20 durch Auftreffkühlung beaufschlagt hat, in einer Richtung stromauf und einer Richtung stromab, wie dies durch die Pfeile 43 angedeutet ist, um eine Konvektionskühlung des Turbinengehäuses 20 zu bewirken.
  • Am stromabwärtigen Ende der Ringleitung 43 befindet sich eine ringförmige Abschirmung 44, um zu gewährleisten, daß die Kühl luft, die aus den Auftreffkühllöchern 41 stromab des Dichtungskörpers 36 ausgetreten ist, gezwungen wird, über das Turbinengehäuse 20 abzuströmen. Die Abschirmung 44 endet radial außerhalb der ersten Stufe der Rotorschaufeln 25 der Niederdruckturbine 18.
  • Es ist daher ersichtlich, daß die Kühlluft, die aus der Ringleitung 34 ausgeblasen wird, eine Auftreffkühlung jenes Abschnitts des Turbinengehäuses 20 bewirkt, das radial außerhalb der Rotorschaufeln 20 liegt, und außerdem wird eine Konvektionskühlung der äußeren Abschnitte des Turbinengehäuses 20 erreicht.
  • Die Kühlluft, die durch die Löcher 37 der Verkleidung abfließt, wird allgemein in den Ringraum 33 gerichtet, wodurch allgemein eine Konvektionskühlung derjenigen Abschnitte des Gehäuses 20 bewirkt wird, die die Niederdruckturbine umschließen. Da die Abschirmung 44 am stromaufwärtigen Ende der Niederdruckturbine 18 endet, wird der Abschnitt des Gehäuses 20, der die Niederdruckturbine 18 umschließt, durch Kühlluft, die aus den Löchern 37 der Bekleidung und aus den Kühlluftzuführungsrohren 35 herrührt, durch Konvektionskühlung abgekühlt.
  • Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, in welcher Weise die Klappenventile 38 und 39 gesteuert werden.
  • Eine Steuerlogik 45 empfängt Eingangssignale 46, 47 und 48 vom Gashebel des Triebwerks von einem Taktgeber und von einem Höhenmesser. Die Steuerlogik 45 liefert ein Ausgangssignal 49, welches auf diesen drei Eingängen beruht und richtet dieses auf ein Magnetventil 50. Das Magnetventil 50 wird mit Hochdruckluft über einen Einlaß 51 vom Hochdruckkompressor 13 gespeist. Diese Luft wird je nach Stellung des Magnetventils 50 entweder durch das Rohr 52 ausgeblasen oder einem pneumatischen Betätigungsglied 53 zugeführt. Ein mechanisches Gestänge 54 verbindet dieses Betätigungsglied 53 mit den Klappenventilen 38 und 39.
  • Die Klappenventile 38 und 39 bilden die Ausblasauslässe für die Kühlluft, die über den Einlaß vom Triebwerksfan 11 in die Zone 55 geleitet wird.
  • Die Steuerlogik 45 steuert die Klappenventile 38 und 39 in der Weise, daß sie immer in einer von zwei Stellungen befindlich sind. In der ersten Stellung sind die Klappenventile 38, die die Kühlluftströmung nach der Ringleitung 34 steuern, halb geschlossen und die Klappenventile 37 in der Verkleidung 32 sind voll geöffnet. in dem zweiten Zustand sind die Klappenventile 38 voll geöffnet und die Klappenventile 39 sind voll geschlossen.
  • Wenn ein durch das Triebwerk 10 angetriebenes Flugzeug startet, d. h., wenn der Gashebel des Triebwerks in die Stellung mit höchster Leistung bewegt wird, dann verursacht das Signal 46 des Gashebels, daß die Steuerlogik 45 ein Ausgangssignal 49 liefert, welches dazu führt, daß die Klappenventile 38 und 39 sich in den erwähnten ersten Zustand bewegen. Demgemäß wird Kühlluft über die Klappenventile 38 mit etwa der halben maximal möglichen Rate geschickt, und die Kühlluft durch die Klappenventile 39 wird mit der maximalen Rate geleitet. Unter diesen Bedingungen bewirkt die Kühlluft, die aus der Ringleitung 34 ausgeblasen wird, sowohl eine Auftreffkühlung als auch eine Konvektionskühlung des stromoberseitigen Abschnitts des Turbinengehäuses 20. Der stromabwärtige Teil des Turbinengehäuses 20 wird einer Konvektionskühlung unterworfen, und zwar sowohl mit Luft aus den Klappenventilen 39 als auch mit Luft, die aus der Ringleitung 34 herrührt und über die Abschirmung 44 aus geblasen wurde. Es ist ersichtlich, daß die Kühlluft, die von den Klappenventilen 38 und 39 herrührt, eine allgemeine Kühlung des Turbinengehäuses 20 bewirkt. Eine solche Kühlung gewährleistet, daß unter Betriebsbedingungen mit voller Leistung das Gehäuse nicht jene Temperaturen erreicht, die so hoch liegen, daß teure, hochtemperaturfeste Legierungen bei der Konstruktion angewandt werden müssen. Nichtsdestoweniger kann zugelassen werden, daß die Temperatur auf einen Wert steigt, der genügend groß ist, um zu gewährleisten, daß sich das Gehäuse 20 thermisch weit genug expandiert, um zu vermeiden, daß die unter Zentrifugalbelastung stehenden und sich thermisch ausdehnenden Turbinenrotorschaufeln 23, 25, 26 und 27 in Berührung mit dem Dichtungskörperbau 31 gelangen und diesen beschädigen.
  • Es ist zu berücksichtigen, daß unter vollen Leistungsbedingungen die Temperaturen innerhalb der Turbine 18 schnell ansteigen, was zu einer schnellen thermischen Expansion der Turbinenrotorschaufeln 23, 25, 26 und 27 führt. Außerdem führen die hohen Zentrifugalbealstungen auf jene Turbinenschaufeln bei voller Leistung zu einem zusätzlichen radialen Wachstum jener Schaufeln. Außerdem würde das schnelle Ansteigen der Gastemperaturen im Gehäuse 20 dazu führen, daß es sich thermisch mit einer sehr hohen Geschwindigkeit an jenen Stellen ausdehnt, wo keine Kühlluft durch den Ringraum 33 hindurchtritt. Demgemäß wird die Kühlluftströmung derart geleitet, daß die radiale Ausdehnung des Gehäuses 20 auf das radiale Wachstum der Turbinenrotorschaufeln 23, 25, 26 und 27 derart angepaßt wird, daß ein annehmbares Spiel zwischen Rotorschaufelspitzen und Dichtungskörper 31 aufrechterhalten wird.
  • Wenn die volle Leistung nicht mehr erforderlich ist und der Gashebel des Triebwerks 10 auf Reiseflugbedingung zurückgenommen wird, dann fallen die Temperaturen innerhalb der Turbine 18 entsprechend. Dies führt zu einem radialen Schrumpfen sowohl der Turbinenrotorschaufeln 23, 25, 26 und 27 als auch des Turbinengehäuses 20. Jedoch ist das Schrumpfen der Turbinenschaufeln größer als jenes des Turbinengehäuses 20, und zwar insbesondere im Bereich der Zwischendruckturbine. Dies führt infolgedessen dazu, daß der Radialspalt zwischen den Turbinenrotorschaufeln 23 und ihrem zugeordneten Dichtungskörper 31 größer ist als dies vom Standpunkt des Turbinenwirkungsgrades erwünscht ist.
  • Um diese Situation eines übermäßigen Radialspiels zwischen den Turbinenrotorschaufelspitzen 23 und dem zugeordneten Dichtungskörper 31 zu vermeiden, schaltet die Steuerlogik, die vom Drosselwinkel von der Zeit und von den Höheneingangssignalen 46, 47 und 48 gespeist wird, die Klappenventile 38 und 39 in den vorerwähnten zweiten Zustand um. Dies führt zu einem Schließen der Klappenventile 39 und zu einer vollen Öffnung der Klappenventile 38. Infolgedessen wird ein größerer Anteil der Kühlluftströmung in die Ringleitung 34 gerichtet, um eine Aufprallkühlung des Abschnitts des Gehäuses 20 im Bereich der Zwischendruckturbine 17 zu gewährleisten. Infolgedessen zieht sich jener Abschnitt des Gehäuses 20 thermisch zusammen, so daß der Radialspalt zwischen den Turbinenrotorschaufeln 23 und ihrem zugeordneten Dichtungskörper 31 vermindert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Turbine verbessert wird.
  • Nachdem das Gehäuse 20 einer Aufprallkühlung unterworfen wurde, strömt die Kühlluft dann, wie oben erwähnt, sowohl in Richtung stromauf als auch in Richtung stromab, um eine Konvektionskühlung des übrigen Gehäuses 20 zu bewirken. Eine derartige Konvektionskühlung reicht aus, um zu gewährleisten, daß das Gehäuse 20 in einem solchen Ausmaß gekühlt wird, daß das übrige Turbinenschaufel-Dichtkörper-Spiel auf annehmbaren Werten gehalten wird.
  • Es ist ersichtlich, daß dadurch, daß der Gashebeleinstellwinkel zur Verteilung der Kühlluftströmung nach dem Gehäuse benutzt wird, eine Änderung der Kühlung des Gehäuses so schnell wie möglich gewährleistet wird, wenn Änderungen in den thermischen Bedingungen innerhalb der Turbine stattfinden. Demgemäß ändert sich die Kühlluftströmung wirksam, bereits bevor Änderungen im thermischen Verhalten des Gehäuses auftreten, da diese Bedingungen vorhergesehen werden.
  • Es ist auch ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht nur die Benutzung billigerer Legierungen ermöglicht, die niedrigere Temperaturen aushalten, als dies sonst der Fall wäre, sondern es wird zusätzlich ein schnelles Ansprechen in der Ausdehnungsgeschwindigkeit und der Kontraktionsgeschwindigkeit des Gehäuses gewährleistet. Der Grund dafür liegt darin, daß das Gehäuse 20 dünn ist und daher keine Verzögerungsmassen oder thermische Barrieren benötigt, die langsame thermische Ansprechraten zur Folge haben.
  • Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf eine Turbine beschrieben, bei der die äußeren Parameter, d.h., Gashebeleinstellwinkel und Höhe, gewählt wurden, um die Arbeitsweise der Klappenventile 38 und 39 zu steuern; es könnten jedoch auch andere Parameter zur Steuerung herangezogen werden. Beispielsweise könnten innere Parameter, etwa die Kompressordrehzahl des Triebwerks oder geeignete Turbinentemperaturen, zur Steuerung herangezogen werden.

Claims (12)

1. Turbine (18) für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Gehäuse (20), welches mehrere ringförmige Stufen von stromlinienförmigen Rotorschaufeln (23) umschließt und zwischen den Spitzen der Schaufeln (23) und dem Gehäuse (20) ein radiales Spiel besteht, wobei Mittel vorgesehen sind, um Kühlluft auf die äußere Oberfläche des Gehäuses (20) zu leiten, so daß dieses Gehäuse einer Kühlluft unterworfen wird, und wobei Steuermittel (38, 39) vorgesehen sind, um die Kühlluft, die auf das Gehäuse (20) gerichtet wird, zwischen zwei axial benachbarten, in Umfangsrichtung verlaufenden Bereichen des Gehäuses (20) zu verteilen, und wobei Mittel (44) vorgesehen sind, um eine Kühlluftströmung von dem vorderen Bereich nach dem hinteren Bereich zu leiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (38, 39) die Verteilung der Kühlluft zwischen einer ersten Bedingung, in der sämtliche Kühlluft anfänglich nach den vorderen Bereichen des Gehäuses (20) gerichtet wird, und einer zweiten Bedingung zu ändern, in der ein Teil der Kühlluft nach den vorderen Bereichen (20) des Gehäuses gerichtet wird und der Rest nur auf die rückwärtigen Bereiche des Gehäuses (20).
2. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringleitung außerhalb des vorderen Abschnitts des Triebwerksgehäuses (20) angeordnet ist, und daß diese Ringleitung mit Kühlluft gespeist wird und diese Kühlluft auf den vorderen Bereich des Turbinengehäuses (20) richtet, um diesen zu kühlen.
3. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung derart angeordnet und ausgebildet ist, daß die Kühlluft auf den vorderen Abschnitt des Turbinengehäuses (20) so auftrifft, daß eine Aufprallkühlung jenes Abschnitts des Turbinengehäuses (20) erfolgt.
4. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kühlluft, die auf den vorderen Abschnitt des Turbinengehäuses (20) gerichtet wird, um dort eine Aufprallkühlung zu bewirken, danach über den rückwärtigen Abschnitt des Turbinengehäuses (20) abströmt, um dort eine Konvektionskühlung zu bewirken.
5. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft, die auf den vorderen Abschnitt des Turbinengehäuses (20) gerichtet wird, um dort eine Aufprallkühlung zu bewirken, in zwei Ströme unterteilt wird, wobei der eine Strom der Kühlluft danach veranlaßt wird, über den vorderen Bereich des Turbinengehäuses (20) in Richtung stromauf zu verlaufen, während der restliche Teil in einer Richtung allgemein stromab abströmt, um dort eine Konvektionskühlung zu bewirken.
6. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche eine Kühlluftströmung von dem vorderen Abschnitt nach dem hinteren Abschnitt bewirken, eine Verkleidung (44) aufweisen, die außerhalb des Turbinengehäuses (20) im Abstand hierzu angeordnet ist, wobei die Kühlluft durch den Raum strömt, der zwischen der Verkleidung (44) und dem Turbinengehäuse (20) gebildet ist.
7. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (38, 39) gemäß einem Befehlssignal des Triebwerkes betätigt werden.
8. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um das betriebsmäßige Befehlssignal gemäß dem Gashebelstellwinkel des Triebwerks zu erzeugen.
9. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (38, 39) zusätzlich gemäß einem Signal betätigt werden, welches repräsentativ ist für die Höhe, in der sich das Gasturbinentriebwerk befindet.
10. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlinienförmigen Rotorschaufeln (23) einen Keil des Zwischendruckabschnitts (17) der Turbine (15) bilden.
11. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtkörper (31) zwischen das Gehäuse und die ringförmigen Rotorschaufelstufen (23) eingebaut sind.
12. Turbine für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel von Ventilen (38, 39) gebildet sind, die die Verteilung der Kühlluftströmung nach der äußeren Oberfläche des Turbinengehäuses (20) steuern.
DE69109305T 1990-12-22 1991-11-08 Regelung des schaufelspritzenspiels für eine gasturbine. Expired - Lifetime DE69109305T2 (de)

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