• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine.DieTurbomaschine verfügt über eineBrennkammer (11), mindestens einen stromaufwärts der Brennkammer angeordnetenVerdichter (12) und mindestens eine stromabwärts der Brennkammer angeordneteTurbine (13), wobei ein stromaufwärts der Brennkammer (11) angeordneter Verdichter(12) mindestens zwei gegenläufigrotierende Verdichterstufen (15, 16) und eine stromabwärts derBrennkammer (11) angeordnete Turbine (13) mindestens zwei gegenläufig rotierendeTurbinenstufen (17, 18) aufweist.Erfindungsgemäß sind diegegenläufigrotierenden Verdichterstufen (15, 16) aus jeweils zwei axial versetzten,in Tandemanordnung verbundenen Laufschaufelkränzen (19, 20; 21, 22) gebildet.
    公开号:DE102004026367A1
    申请号:DE200410026367
    申请日:2004-05-29
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Manfred Dupslaff；Peter Dr. Seitz
    申请人:MTU Aero Engines GmbH；
    IPC主号:F02C3-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine,nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    [0002] Die EP 0 521 379 B1 offenbartein Propfan-Triebwerk mit einer eine Brennkammer aufweisenden Gasturbine,wobei stromaufwärtsder Brennkammer ein Hochdruckverdichter sowie ein Niederdruckverdichterangeordnet sind, und wobei stromabwärts der Brennkammer eine Hochdruckturbine sowieeine Arbeitsturbine positioniert sind. Die Arbeitsturbine sowieder Niederdruckverdichter verfügenjeweils überzwei gegenläufigeRotoren. Mit einer derartigen Bauform gegenläufig rotierender Turbomaschinenkönnendie konstruktiven Abmessungen und damit das Gewicht derselben gegenüber der konventionellenBauform von Turbomaschinen bei gleicher oder erhöhter Leistung derselben reduziert werden.Hierdurch kann letztendlich das Schub-Gewicht-Verhältnis derTurbomaschine optimiert werden. Weitere Turbomaschinen mit entgegengesetzt drehendenRotoren sind aus der DE39 33 776 C2 sowie aus der EP 0 368 182 B1 bekannt.
    [0003] Hiervonausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,ein neuartige Turbomaschine, insbesondere eine neuartige Gasturbine,zu schaffen.
    [0004] DiesesProblem wird dadurch gelöst,dass die eingangs genannte Turbomaschine durch die Merkmale deskennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.Erfindungsgemäß sind diegegenläufigrotierenden Verdichterstufen aus jeweils zwei axial versetzten,in Tandemanordnung verbundenen Laufschaufelkränzen gebildet.
    [0005] ImSinne der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen,die gegenläufigrotierenden Verdichterstufen als Tandem-Verdichterstufen auszuführen, wobeijede dieser Tandem-Verdichterstufen aus jeweils zwei axial versetzten,sowie in Tandem-Anordnung verbundenen Laufschaufelkränzen gebildetist. Durch die Ausführungder gegenläufigrotierenden Verdichterstufen als Tandem-Verdichterstufen lassensich stärkereStrömungsumlenkungenund damit Verdichtungsverhältnisserealisieren, wodurch eine noch kompaktere Bauform der Turbomaschineermöglichtwird. Mit der Erfindung kann das Schub-Gewicht- Verhältnisvon Turbomaschinen mit sich gegenläufig drehenden Rotoren nochmals verbessertwerden.
    [0006] Nacheiner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine erste,innerhalb des Verdichters stromaufwärts positionierte Tandem-Verdichterstufe miteiner zweiten, innerhalb der Turbine stromabwärts positionierten Turbinenstufederart gekoppelt, dass die beiden in der gleichen Richtung rotieren. Einezweite, innerhalb des Verdichters stromabwärts positionierte Tandem-Verdichterstufeist mit einer ersten, innerhalb der Turbine stromaufwärts positioniertenTurbinenstufe derart gekoppelt, dass die beiden in der gleichenRichtung rotieren. Die erste Tandem-Verdichterstufe und die zweiteTurbinenstufe rotieren gegenläufigzu der zweiten Tandem-Verdichterstufe und der ersten Turbinenstufe.
    [0007] Vorzugsweiseist der ersten Tandem-Verdichterstufe und/oder der zweiten Tandem-Verdichterstufe jeweilseine Zirkulationsstruktur, ein sogenanntes Casing Treatment, zurOptimierung des Pumpgrenzabstands der Turbomaschine bzw. des Abstandsgegen eine als „Flutter" bezeichnete Strukturschwingungsformder Turbomaschine zugeordnet. Die Zirkulationsstruktur ist jeweilsdem stromaufwärts positioniertenLaufschaufelkranz der entsprechenden Tandem-Verdichterstufe zugeordnet.
    [0008] Nacheiner vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der innerhalbdes Verdichters stromabwärtspositionierten, zweiten Tandem-Verdichterstufe in Strömungsrichtungein Rotor nachgeordnet, wobei zwischen der zweiten Tandem-Verdichterstufeund dem nachgeordneten Rotor ein Leitschaufelgitter positioniertist.
    [0009] BevorzugteWeiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen undder nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindungwerden, ohne hierauf beschränktzu sein, an Hand der Zeichnung nähererläutert.Dabei zeigt:
    [0010] 1 einestark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Gasturbinenach einem ersten Ausführungsbeispielder Erfindung; und
    [0011] 2 einestark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Gasturbinenach einem zweiten Ausführungsbeispielder Erfindung.
    [0012] 1 zeigteine erfindungsgemäß ausgebildeteGasturbine 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der hier vorliegendenErfindung. So umfasst die Gasturbine 10 eine Brennkammer 11,einen stromaufwärtsder Brennkammer 11 angeordneten Verdichter 12 sowieeine stromabwärtsder Brennkammer 11 angeordnete Turbine 13. DieGasturbine 10 gemäß 1 wirddemzufolge im Sinne des Pfeils 14 von links nach rechtsdurchströmt.
    [0013] DerVerdichter 12 der Gasturbine 10 des Ausführungsbeispielsgemäß 1 verfügt über zweigegenläufigrotierende Verdichterstufen 15 und 16. Eine ersteVerdichterstufe 15 ist innerhalb des Verdichters 12 stromaufwärts positioniert,eine zweite Verdichterstufe 16 ist innerhalb des Verdichters 12 stromabwärts angeordnet.Ebenso verfügtdie Turbine 13 der Gasturbine 10 gemäß 1 über zweigegenläufigrotierende Turbinenstufen 17 und 18, wobei eineerste Turbinenstufe 17 in der Turbine 13 stromaufwärts undeine zweite Turbinenstufe 18 stromabwärts angeordnet ist. Der Bereich,in welchem sich die Verdichterstufen 15 und 16 sowiedie Turbinenstufen 17 und 18 erstrecken, ist zurVerdeutlichung in 1 durch Klammern gekennzeichnet.
    [0014] Erfindungsgemäß sind diegegenläufigrotierenden Verdichterstufen 15 und 16 des Verdichters 12 derGasturbine 10 als Tandem-Verdichterstufen ausgebildet.Jede der beiden gegenläufigrotierenden Verdichterstufen 15 und 16 wird ausjeweils zwei axial versetzten und gegebenenfalls überlappenden, inTandem-Anordnung verbundenen Laufschaufelkränzen gebildet. So ist die erste,stromaufwärtspositionierte Verdichterstufe 15 aus Laufschaufelkränzen 19 und 20 unddie stromabwärtspositionierte, zweite Verdichterstufe 16 aus Laufschaufelkränzen 21 und 22 gebildet.Die beiden Laufschaufelkränze 19 und 20 derersten Tandem-Verdichterstufe 15 rotieren zusammen mitgleicher Geschwindigkeit und in gleicher Richtung. Die Relativpositionzwischen den beiden Laufschaufelkränzen 19 und 20 derersten Tandem-Verdichterstufe 15 ist demnach fest. Jeweils zweiaxial versetzt angeordnete Laufschaufeln der beiden Laufschaufelkränze 19 und 20 derersten Tandem-Verdichterstufe 15 wirkenzusammen und bilden ein Strömungsprofil.Mit derartigen Tandem-Verdichterstufen lassen sich wesentlich größere Strömungsumlenkungenrealisieren als mit herkömmlichenVerdichterstufen. Ebenso wie die erste Tandem-Verdichterstufe 15 istauch die zweite Tandem-Verdichterstufe 16 aus zwei Laufschaufelkränzen 21 und 22 zusammengesetzt,die zusammen mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichenRichtung rotieren. Die beiden Tandem-Verdichterstufen 15 und 16 rotierenjedoch gegenläufigzueinander.
    [0015] Diegegenläufigrotierenden Turbinenstufen 17 und 18 der Turbine 13 derGasturbine 10 werden aus konventionellen Laufschaufelkränzen gebildet. Gemäß 1 istdie erste, innerhalb des Verdichters 12 stromaufwärts positionierteTandem-Verdichterstufe 15 mit der zweiten, innerhalb derTurbine 13 stromabwärtspositionierten Turbinenstufe 18 über eine Welle 23 gekoppelt.Die erste Tandem-Verdichterstufe 15 und die zweite Turbinenstufe 18 rotieren demnachin der gleichen Richtung und mit gleicher Drehzahl. Weiterhin kann 1 entnommenwerden, dass die zweite, innerhalb des Verdichters 12 stromabwärts positionierteTandem-Verdichterstufe 16 mit der ersten, innerhalb derTurbine 13 stromaufwärts positioniertenTurbinenstufe 17 übereine Welle 24 gekoppelt ist. Demnach rotieren auch diezweite Tandem-Verdichterstufe 16 und die erste Turbinenstufe 17 inder gleichen Richtung und mit der gleichen Drehzahl. Die erste Tandem-Verdichterstufe 15 und diezweite Turbinenstufe 18 rotieren demnach gegenläufig zuder zweiten Tandem-Verdichterstufe 16 und derersten Turbinenstufe 17.
    [0016] Nacheinem weiteren Aspekt der hier vorliegenden Erfindung sind der erstenTandem-Verdichterstufe 15 sowieder zweiten Tandem-Verdichterstufe 16 jeweils eine Zirkulationsstruktur 25 bzw. 26 zugeordnet.Derartige Zirkulationsstrukturen 25 und 26 bezeichnetman auch als Casing Treatments. Die Zirkulationsstrukturen bzw.Casing Treatments 25 und 26 sind im gezeigtenAusführungsbeispieljeweils dem stromaufwärtspositionierten Laufschaufelkranz 19 bzw. 21 derentsprechenden Verdichterstufen 15 bzw. 16 zugeordnet.Die Casing Treatments bzw. Zirkulationsstrukturen 25 und 26 sindim gezeigten Ausführungsbeispielden gehäuseseitigen,radial außenliegendenEnden der Laufschaufeln der Laufschaufelkränze 19 bzw. 21 zugeordnet.Mit derartigen Zirkulationsstrukturen 25 und 26 kannder aerodynamisch bzw. strukturmechanisch stabile Betriebsbereichdes Verdichters 12 durch eine Optimierung des Pumpgrenzabstandsbzw. des Abstands gegen „Flutter" erhöht werden.Ein optimierter Pumpgrenzabstand ermöglicht höhere Verdichterdrücke unddamit eine höhereVerdichterbelastung. Durch die Zirkulationsstrukturen 25 und 26 wirddie Strömungim Bereich der Schaufelenden der Laufschaufeln stabilisiert. DieZir kulationsstrukturen 25 und 26 erlauben dabeieinerseits eine Durchströmungin axialer Richtung als auch eine Durchströmung in Umfangsrichtung derVerdichterstufen 15 und 16.
    [0017] DerVollständigkeithalber sei angemerkt, dass im Ausführungsbeispiel der 1 derzweiten, innerhalb des Verdichters 12 stromabwärts positioniertenVerdichterstufe 16 ein Leitschaufelgitter 27 nachgeordnetist. Ebenso ist der innerhalb der Turbine 13 der stromaufwärts angeordneten,ersten Turbinenstufe 17 in Strömungsrichtung ein Leitschaufelgitter 28 vorgeschaltet.
    [0018] 2 zeigteine erfindungsgemäße Gasturbine 29 nacheinem zweiten Ausführungsbeispielder hier vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel der 2 entsprichtim Wesentlichen dem Ausführungsbeispielder 1, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleicheBaugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
    [0019] DasAusführungsbeispielder 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 dadurch,dass bei der Gasturbine 29 des Ausführungsbeispiels der 2 derzweiten, in Strömungsrichtungstromabwärtspositionierten Tandem-Verdichterstufe 16 in Strömungsrichtungein weiterer Rotor 30 nachgeordnet ist, wobei der Rotor 30 voneinem Laufschaufelkranz gebildet wird. Der Rotor 30 und diezweite Tandem-Verdichterstufe 16 rotieren mit der gleichenDrehzahl und in der gleichen Richtung. Demnach sind im Ausführungsbeispielder 2 sowohl die zweite Tandem-Verdichterstufe 16 alsauch der Rotor 30 überdie Welle 24 mit der ersten, innerhalb der Turbine 13 stromaufwärts positioniertenTurbinenstufe 17 verbunden.
    [0020] Zwischender stromabwärtspositionierten, zweiten Verdichterstufe 16 und dem nachgeschaltetenRotor 30 ist gemäß 2 einLeitschaufelgitter 31 angeordnet, wobei das Leitschaufelgitter 31 als Tandem-Leitschaufelgitterausgebildet ist. Das Leitschaufelgitter 31 wird demnachvon zwei axial versetzten, in Tandem-Anordnung verbundenen Leitschaufelkränzen 32 und 33 gebildet.Axial versetzt angeordnete Leitschaufeln der Leitschaufelkränze 32 und 33 bildenwiederum Profile zur Strömungsumlenkung.
    [0021] Mitdem Ausführungsbeispielder 2 könnengegenüberdem Ausführungsbeispielder 1 höhereDruckverhältnisserealisiert werden. Insofern kann mit dem Ausführungsbeispiel der 2 das Schub-Gewichts-Verhältnis derGasturbine bzw. eines entsprechenden Flugtriebwerks nochmals verbessertwerden.
    10 Gasturbine 11 Brennkammer 12 Verdichter 13 Turbine 14 Pfeil 15 Verdichterstufe 16 Verdichterstufe 17 Turbinenstufe 18 Turbinenstufe 19 Laufschaufelkranz 20 Laufschaufelkranz 21 Laufschaufelkranz 22 Laufschaufelkranz 23 Welle 24 Welle 25 Zirkulationsstruktur 26 Zirkulationsstruktur 27 Leitschaufelkranz 28 Leitschaufelkranz 29 Gasturbine 30 Rotor 31 Leitschaufelgitter 32 Leitschaufelkranz 33 Leitschaufelkranz
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit einerBrennkammer (11), mit mindestens einem stromaufwärts derBrennkammer angeordneten Verdichter (12) und mindestenseiner stromabwärtsder Brennkammer angeordneten Turbine (13), wobei ein stromaufwärts derBrennkammer (11) angeordneter Verdichter (12)mindestens zwei gegenläufigrotierende Verdichterstufen (15, 16) und einestromabwärtsder Brennkammer (11) angeordnete Turbine (13)mindestens zwei gegenläufigrotierende Turbinenstufen (17, 18) aufweist, dadurchgekennzeichnet, dass die gegenläufig rotierenden Verdichterstufen(15, 16) aus jeweils zwei axial versetzten, inTandemanordnung verbundenen Laufschaufelkränzen (19, 20; 21, 22)gebildet sind.
    [2] Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die beiden in Tandemanordnung verbundenen Laufschaufelkränze (12, 29; 21, 22)jeder Verdichterstufe (15, 16) zusammen mit gleicher Geschwindigkeitund in gleicher Richtung rotieren.
    [3] Turbomaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass eine erste, innerhalb des Verdichters (12) stromaufwärts positionierteTandem-Verdichterstufe(15) mit einer zweiten, innerhalb der Turbine (13)stromabwärtspositionierten Turbinenstufe (18) derart gekoppelt ist,dass die beiden in der gleichen Richtung rotieren.
    [4] Turbomaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die erste Tandem-Verdichterstufe (15) und die zweiteTurbinenstufe (18) übereine Welle (23) gekoppelt sind.
    [5] Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, innerhalb des Verdichters(12) stromabwärtspositionierte Tandem-Verdichterstufe (16)mit einer ersten, innerhalb der Turbine (13) stromaufwärts positioniertenTurbinenstufe (17) derart gekoppelt ist, dass die beidenin der gleichen Richtung rotieren.
    [6] Turbomaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die zweite Tandem-Verdichterstufe (16) und die ersteTurbinenstufe (17) übereine Welle (24) gekoppelt sind.
    [7] Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Tandem-Verdichterstufe(15) und die zweite Turbinenstufe (18) gegenläufig zuder zweiten Tandem-Verdichterstufe (16) und der erstenTurbinenstufe (17) rotieren.
    [8] Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Tandem-Verdichterstufe(15) und/oder der zweiten Tandem-Verdichterstufe (16) jeweilseine Zirkulationsstruktur (25, 26), ein sogenanntesCasing Treatment, zur Optimierung des Pumpgrenzabstands der Turbomaschinezugeordnet sind.
    [9] Turbomaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Zirkulationsstruktur (25, 26) jeweilsdem stromaufwärtspositionierten Laufschaufelkranz (19, 21) derentsprechenden Tandem-Verdichterstufe (15, 16)zugeordnet ist.
    [10] Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des Verdichters (12)stromabwärtspositionierten, zweiten Tandem-Verdichterstufe (16) inStrömungsrichtungein Rotor (30) nachgeordnet ist, wobei zwischen der zweitenTandem-Verdichterstufe (16) und dem nachgeordneten Rotor(30) ein Leitschaufelgitter (31) positioniertist.
    [11] Turbomaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die zweite Tandem-Verdichterstufe (16) und der nachgeordneteRotor (30) in der gleichen Richtung und mit der gleichenGeschwindigkeit rotieren.
    [12] Turbomaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurchgekennzeichnet, dass das zwischen der zweiten Tandem-Verdichterstufe(16) und dem nachgeordneten Rotor (30) positionierteLeitschaufelgitter (31) aus zwei axial versetzten, in Tandemanordnung verbundenenLeitschaufelkränzen(32, 33) gebildet ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004026367B4|2014-05-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-22| ON| Later submitted papers|
    2005-12-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2012-08-11| R016| Response to examination communication|
    2013-10-02| R081| Change of applicant/patentee|Owner name: MTU AERO ENGINES AG, DE Free format text: FORMER OWNER: MTU AERO ENGINES GMBH, 80995 MUENCHEN, DE Effective date: 20130812 |
    2013-12-18| R016| Response to examination communication|
    2014-02-10| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2015-03-03| R020| Patent grant now final|
    2015-05-28| R020| Patent grant now final|Effective date: 20150303 |
    2018-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410026367|DE102004026367B4|2004-05-29|2004-05-29|turbomachinery|DE200410026367| DE102004026367B4|2004-05-29|2004-05-29|turbomachinery|
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