DE3308140A1

DE3308140A1 - Mehrstufige deckbandturbine

Info

Publication number: DE3308140A1
Application number: DE19833308140
Authority: DE
Inventors: Martin Dr.-Ing. 8047 Karlsfeld Albers
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1983-03-08
Filing date: 1983-03-08
Publication date: 1984-09-13
Also published as: EP0118769A3; US4571937A; DE3463070D1; EP0118769A2; EP0118769B1; JPS59168202A; DE3308140C2

Description

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hk/ba/fr

MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, 7. März 1983

Mehrstufige Deckbandturbine

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige Deckbandturbine mit Rotorschaufeln, die durch ein Deckband umschlossen sind.

Die Auslegung mehrstufiger Turbinen erfolgt üblicherweise derart, daß die Strömung die einzelnen Turbinenstufen jeweils mit nur geringem Drall bzw. ohne Drall verläßt. Die nachfolgende Turbinenstufe wird für entsprechende drallarme Anströmung ausgelegt. Die Leckluft über die Deckbanddichtung sowie gegebenenfalls die aus den Rotorschaufeln austretende Kühlluft besitzen dagegen hohen Drall. Diese

Luft vermischt sich hinter der Turbinenstufe mit der drallärmeren Hauptströmung und verursacht im Gehäusebereich eine Fehlanströmung des nachfolgenden Leitrades. Infolge des nicht genutzten Dralls der Kühl-/Leckluft sowie wegen der ^ou Fehlanströmung der nachfolgenden Turbinenstufe treten merkliche Leistungsverluste auf.

Es wurde bereits versucht, dieses Problem durch sogenannte "Tip Fences" zu lösen. Dies sind kurze Schaufelstummel auf der Deckbandaußenseite, die aus der Kühl-/Leckluft einen

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Teil des Dra^s herausnehmen und dadurch gleichzeitig zur Leistungsverbesserung nutzen. Solche Schaufelstummel am Rotor haben jedoch zur Folge, daß der Druck am Austritt der Kühlluft aus den Rotorschaufeln erhöht ist, die Schaufelkühlung also beeinträchtigt wird. Eine höhere Kühlluftmenge und/oder erhöhter Kühlluft^eferdruck wird dadurch erforderlich. Im übrigen führen die Schaufelstummel am Deckband des Rotors zu einem höheren Schaufelgewicht und damit zu erhöhten Scheibenrandlasten, verursachen also auch Festigkeitsprobleme, insbesondere deshalb, weil die Schaufelstummel sich im Betrieb zusammen mit den Rotorschaufeln hochtourig drehen.

Aufbauend auf dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine mehrstufige Deckbandturbine mit Rotorschaufeln der eingangs genannten Art zu schaffen, bei. der im Betrieb praktisch keine Leistungsverluste durch Fehlanströmung der nachfolgenden Turbinenstufe auftreten, und zwar mit Hilfe einfacher Mittel, die das dynamische Laufverhalten des Rotors nicht beeinträchtigen.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch, daß zwischen Deckband und Gehäuse ein stationäres Umlenkgitter zwecks Anpassung des Dralls der Leckluft/ Kühlluft an den Restdrall· der aus dem Rotor austretenden Hauptströmung für eine nachgeordnete Turbinenstufe angeordnet ist.

Das Umlenkgitter ist zweckmäßigerweise ein geschlossenes Rundband mit inneren Schaufelstummeln. Vorteilhafterweise

ist das rückwärtige Ende des Deckbandes so ausgebildet, daß es mit dem geschlossenen Rundband eine berührungsfreie Dichtung bildet. Das Umlenkgitter ist vorzugsweise am Gehäuse lösbar befestigt. Zur Erleichterung des Einbaus 35

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bzw. des Auswechselns kann das geschlossene Rundband _; aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein.

Des weiteren kann in erfindungsgemäßer Weiterbildung vorgesehen sein, daß das Umlenkgitter in Axialrichtung der

Turbine bezüglich des Schaufelrotors zur Niederdruckseite :! hin versetzt angeordnet ist, so daß die niederdruckseitige Umfangskante des Deckbands etwa in der Axialmitte des Umlenkgitters liegt.
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Die Schaufelstummel können hinsichtlich der Anströmung I' verstellbar angeordnet sein.

Durch die Erfindung kann mithin die Leckluft durch die Deckbandichtung und die aus den Rotorschaufeln radial austretende Kühlluftströmung an die drallärmere Hauptströmung hinter den Rotorschaufeln im Bereich vor einer nachgeordneten Turbinenstufe angepaßt werden, wodurch eine Fehlanströmung der nachfolgenden Turbinenstufe verhindert wird und dadurch praktisch keine Leistungsverluste auftreten. Das Umlenkgitter kann hinsichtlich Festigkeit und Gewicht geringer dimensioniert bzw. ausgestaltet werden als bei rotierenden "Tip Fences" nach dem Stand der Technik. Darüber hinaus verursacht das Umlenkgitter ein Absinken des Druckes zwischen Deckband und Gehäuse. Für die Schaufelkühlung steht somit ein größeres Druckgefälle zur Verfügung, die Kühleffektivität wird erhöht. Es ist daher möglich, die Kühlluftmenge und/oder den Kühlluftlieferdruck abzusenken bzw. das Kühlkonzept der Schaufeln zu vereinfachen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

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Fig. 1 einen axialen schematischen Teilschnitt

durch eine mehrstufige Deckbandturbine, und

Fig. 2 einen schematischen Schnitt längs der Linie A-A der Fig 1.

Die schematisch in Fig. 1 dargestellte mehrstufige Deckbandturbine 1 ist im wesentlichen in bekannter Weise konzipiert. Sie besitzt im Hochdruckabschnitt einen Schaufelrotor 2 mit äußerem Deckband 3. Die nachfolgende Turbinenstufe (Leitrad) ist mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet. Zwischen dem Deckband 3 des Schaufelrotors 2 und dem Umfangsgehäuse 4 ist ein stationäres Umlenkgitter 5 angeordnet, das im Teilschnitt im einzelnen in Fig. 2 veranschaulicht ist. Das Umlenkgitter besitzt innere Schaufelstummel 7 und hat mithin Leitradfunktion. Insbesondere ist das Umlenkgitter 5 - bezogen auf die Axialanordnung der Turbine 1 - so angeordnet, daß die niederdrucksextige radial äußere Umfangskante 8 des Deckbands 3 in etwa in axialer Mitte des Umlenkgitters 5 liegt und dicht, jedoch berührungsfrei an die Abdeckung 10 der Schaufelstummel 7

angrenzt. Die Schaufelstummel 7 gemäß Fig. 2 sind so angestellt bzw. angeordnet, daß die aus dem Schaufelrotor 2 radial außen austretende Kühlluft und die durch die Deckbanddichtung 9 durchtretende Leckluft an die drallärmere Hauptströmung nach dem Schaufelrotor 2 angepaßt wird, so daß keine Fehlanströmung der nachfolgenden Turbinenstufe 6 eintritt.

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Claims

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MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, 7. März 198 3

Patentansprüche

(17 Mehrstufige Deckbandturbine mit Rotorschaufeln, die ' ''durch, ein Deckband umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Deckband (3) und Gehäuse (4) ein stationäres Umlenkgitter (5) zwecks Anpassung des Dralls der Leckluft/Kühlluft an den Restdrall der aus dem Rotor (2) austretenden Hauptströmung für eine nachgeordnete Turbinenstufe (6) angeordnet ist.
2. Deckbandturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.das Umlenkgitter (5) ein geschlossenes Rundband mit inneren Schaufelstummeln (7) ist.
3. Deckbandturbine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das rückwärtige Ende des Deckbandes (3) so ausgebildet ist, daß es mit dem geschlossenen

³^ Rundband eine berührungsfreie Dichtung bildet.
4. Deckbandturbine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgitter (5) am Gehäuse (4)

lösbar befestigt ist.
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5. Deckbandturbine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Rundband aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist.
6. Deckbandturbine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgitter (5) in Axialrichtung der Turbine (1) bezüglich des Schaufelrotors (2) zur Niederdruckseite hin versetzt angeordnet ist, so daß die niederdruckseitige Umfangskante (8) des Deckbands (3) etwa in der Axialmitte des Umlenkgitters (5) liegt.
7. Deckbandturbine nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelstummel· (7) hinsichtlieh der Anströmung verstellbar angeordnet sind.

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