DE69704986T2 - Doppelströmige Turbomaschine - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Doppelstrom-Turbomaschine.
• Zu den Konzeptionen bestimmter Flugzeugtriebwerke, z. B. von solchen, die mit Überschallgeschwindigkeit antreiben sollen, gehören Turbomaschinen mit einem Primärstrom, in dem die Gase durch Verdichter, durch eine Brennkammer, dann durch Turbinen verlaufen, und mit einem Sekundärstrom, der den Primärstrom umschließt und sich am Ausgang der Maschine mit diesem vermischt. Der Sekundärstromkanal läßt sich mit Hilfe von Klappen, die am Einlauf und auf den Seitenwänden angebracht sind, mehr oder weniger öffnen. Im Unterschallbereich sind sie frei geöffnet, so daß ein großer Luftdurchsatz durch den Sekundärstromkanal läuft und das Verdünnungsverhältnis am Ausgang der Maschine sehr groß ist. Dies hat den Vorteil, daß der Pegel der Schallemission reduziert wird. Im Überschallbetrieb jedoch, in dem man das Verdünnungsverhältnis reduzieren möchte, werden die Klappen wieder geschlossen, um die Öffnungsfläche des Sekundärstromkanals zu beschränken. Eine vollständigere Beschreibung dieser Art von Turbomaschinen findet sich in dem französischen Patent 2 685 385.
• Ein Bläser, der Bestandteil des Verdichters des Primärkanals der Turbomaschine oder eines seiner Verdichter ist, wird zur Beschleunigung der Gase in dem Sekundärkanal benutzt. Er besitzt zu diesem Zweck Schaufeln, die in die beiden Strömungskanäle und in den Zwischenraum ragen, der diese voneinander trennt. Die Mantelringe, die die beiden Strömungskanäle begrenzen, indem sie diese von ihrem Zwischenraum trennen, müssen also vor dem Bläser unterbrochen sein, der mit zwei Plattformen ausgestattet ist, die die Trennwandungen der Kanäle wiederherstellen, indem sie die fehlenden Teile der Mantelringe ersetzen. Zwischen den Plattformen und den Mantelringen verbleiben jedoch Lücken, und trotz der Dichtungen, die man eventuell dort anbringen kann, treten Gasverluste auf. Diese Situation ist besonders schädlich, wenn der Bläser hinter einem ersten Verdichter liegt, weil die Gase des Primärkanals, die dann komprimiert und heiß sind, leicht entweichen und den Sekundärstromkanal beschädigen können, der voraussetzungsgemäß kälter ist und dessen Elemente aus weniger wärmefesten Materialien konstruiert sind, weil diese geringere Kosten verursachen.
• Es ist das Ziel der Erfindung, diese Verluste und Erwärmungen zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen und gleichzeitig den Wirkungsgrad der Maschine zu verbessern.
• Das Patent GB-A-585 331 beschreibt eine Gasturbine mit gegenläufigen Rotorscheiben, auf denen Turbinenschaufeln und Verdichterschaufeln montiert sind, wobei die Turbinenschaufeln an der Peripherie jeder Verdichterschaufel montiert sind. Zwischen den Verdichterschaufeln und den Turbinenschaufeln ist ein ringförmiger Zwischenraum vorgesehen, der von zwei mit jeder Rotorscheibe fest verbundenen Ringen begrenzt wird und dem Luft zugeführt wird.
• Die hier vorgeschlagene Turbomaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum, der die Primärstrom- und Sekundärstromkanäle voneinander trennt, zumindest im Bereich des Bläsers von den auf der stromaufwärtigen Seite des Bläsers liegenden Lücken bis zu den auf der stromabwärtigen Seite des Bläsers liegenden Lücken ein ringförmiger Zwischenkanal angebracht ist, wobei ein Gasstrom durch diesen Kanal läuft und somit einen dynamischen Druck besitzt, der das entweichende Gas stoppt oder umleitet.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben, wobei diese Beschreibung lediglich als Beispiel dient und keine Beschränkung darstellt.
• Fig. 1 zeigt ein Doppelstrom-Triebwerk,
• Fig. 2 und 3 zeigen die erfindungswesentliche Anordnung in einem Längsschnitt bzw. in einem Diametralschnitt.
• Fig. 1 zeigt die Turbomaschine in ihrer Gesamtheit als Längsschnitt. Sie umfaßt von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seite einen Niederdruckverdichter 1, einen Bläser 2, einen Hochdruckverdichter 3, eine Brennkammer 4, eine Hochdruckturbine 5 und eine Niederdruckturbine 6. Der Niederdruckverdichter 1, der Bläser 2 und die Niederdruckturbine 6 sind durch einen ersten rotierenden Körper 7 miteinander verbunden, so daß sie sich gemeinsam drehen. Der Hochdruckverdichter 3 und die Hochdruckturbine 5 sind durch einen zweiten rotierenden Körper 8 ebenfalls drehfest miteinander verbunden. Die rotierenden Körper 7 und 8 umfassen Teile einer Hülle 9, die einen ringförmigen Primärstromkanal 10 zusammen mit einem inneren Mantelring 1 l begrenzt, der die Hülle 9 umschließt und zu dieser konzentrisch ist.
• Ein äußerer Mantelring 12 umschließt den vorgenannten Mantelring und ist konzentrisch zu diesem angeordnet. Er begrenzt zusammen mit einem Gehäuse 14, das die äußere Hülle der Turbomaschine bildet, einen Sekundärstromkanal 13. Die Kanäle 10 und 13 vereinigen sich auf der stromabwärtigen Seite der Niederdruckturbine 6. Tragarme 15, 16, 30, die das Aussehen von Stromleitschaufeln annehmen können, verbinden das Gehäuse 14 und die Mantelringe 11 und 12 miteinander und sorgen so für den Zusammenhalt des Ganzen.
• In Fig. 2 und 3 ist klar erkennbar, daß der Bläser 2 Schaufeln 17 aufweist, die sich in die Primär- und Sekundärstromkanäle 10 und 13 erstrecken sowie in den Zwischenraum 18 zwischen den Mantelringen 11 und 12. Die Mantelringe 11 und 12 müssen unterbrochen sein, damit die Schaufeln 17 hindurchtreten können. Letztere sind mit ringförmigen inneren Plattformen 19 und äußeren Plattformen 20 ausgestattet, die zwischen den beiden Teilen des inneren Mantelrings bzw. des äußeren Mantelrings 12 ausladen, um die Dichtigkeit der Kanäle 10 und 13 so gut wie möglich wiederherzustellen. Es ist trotzdem unvermeidlich, daß zwischen den Plattformen und den Mantelringen Lücken 21 vorhanden sind und infolgedessen Gasverluste des Primärstromkanals 10 durch den Zwischenraum 18 in den Sekundärstromkanal 13 auftreten, Verluste, die aus den oben erwähnten Gründen schädlich sind. Es können zwar in der Luftfahrttechnik gebräuchlichen, aus verschachtelten Reliefteilen bestehenden Labyrinthdichtungen angebracht werden, um das Entweichen zu erschweren, indem sie das entweichende Gas mit einem Druckverlust beaufschlagen, ihre Wirkung ist jedoch unzureichend.
• Deshalb wird diese Vorrichtung durch die Erfindung vervollständigt. Sie besteht im wesentlichen aus einem Gasströmungs-Zwischenkanal 22, der einen Teil des Zwischenraums 18 zumindest vor den Lücken 21 besetzt. Dieser Kanal wird hier von der äußeren Plattform 20 und einer Zwischenplattform 23 des Bläsers 2 begrenzt, die letztere in einigem Abstand umschließt.
• Der Zwischenkanal 22 wird verlängert, indem man ein Mantelsegment 24 anordnet, das die Zwischenplattform 23 zur stromabwärtigen Seite hin verlängert und durch Arme 25 mit dem äußeren Mantelring 12 verbunden ist.
• Um den Niederdruckverdichter 1 herum sind Zapfmittel 26, z. B. Schieber, angeordnet, um einen Teil des dort zirkulierenden Gases zu entnehmen und in Form eines Stroms 27 in den Zwischenkanal 22 einzuführen, der in Längsrichtung der Turbomaschine ausgerichtet ist und die Leckgase umleitet, die durch die Lücken 21 in den Zwischenraum 18 des Primärstromkanals 10 eingedrungen sind. Die ringförmigen Plattformen 20, 23 mit variablem Durchmesser, der sich zur stromabwärtigen Seite des Bläsers 2 vergrößert, bilden einen kleinen Zentrifugalverdichter, der es ermöglicht, das Druckniveau des Gasdurchsatzes zu erhöhen, der zwischen den Plattformen 20, 23 zirkuliert. Das Druckniveau ist dann in der Ebene stromabwärts des Bläsers 2 höher, so daß der aus dem Zwischenkanal 22 austretende Gasdurchsatz durch die Lücken 21 in den Primärstromkanal 10 eindringen kann, in welchem ein niedrigeres Druckniveau herrscht. Der Zwischenkanal 22 bildet so eine Dichtungsbarriere, die die aus dem Primärstromkanal austretenden heißen Gase daran hindert, in den Sekundärstromkanal einzudringen. Es ist deshalb nicht zu befürchten, daß die Teile, die den Sekundärstromkanal 13 umschließen, beschädigt werden.
• Die Erfindung kann auch in anderer Weise mit einem anders angeordneten Zwischenkanal 22 ausgeführt werden. Das gleiche gilt für die Zapfmittel 26, die in einem anderen Teil der Turbomaschine münden können.

Claims (4)

1. Doppelstrom-Turbomaschine mit einem Primärstrom und einem Sekundärstrom mit einem Gebläse (2) mit Schaufeln (17), die sowohl einen Primärstromkanal (10) als auch einen Sekundärstromkanal (13) besetzen, die durch einen Zwischenraum (18) voneinander getrennt sind, wobei der Primärstromkanal (10) und der Sekundärstromkanal (13) von zwei Mantelringen (11, 12) begrenzt werden, die von zwei ringförmigen Plattformen (19, 20) des Gebläses (2) verlängert werden, wobei auf der stromaufwärtigen und auf der stromabwärtigen Seite des Gebläses Lücken (21) verbleiben, dadurch gekennzeichnet, daß in dem genannten Zwischenraum (18) zumindest im Bereich des Gebläses zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Lücken (21) ein ringförmiger Zwischenkanal (22) vorgesehen ist, in den ein Gasstrom eingeblasen wird.

2. Doppelstrom-Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkanal (22) speziell von einer dritten ringförmigen Plattform (23) des Gebläses (2) und von einer (20) der beiden die Mantelringe verlängernden Plattformen begrenzt wird.

3. Doppelstrom-Turbomaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der den Zwischenkanal begrenzenden Plattformen in Richtung auf die stromabwärtige Seite des Gebläses größer werden.

4. Doppelstrom-Turbomaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas aus einem mit dem Zwischenkanal (22) durch Zapfmittel (26) verbundenen Verdichter (1) der Turbomaschine stammt und den Zwischenkanal in Längsrichtung der Turbomaschine durchläuft.