Gasturbinen-Kraftanlage für Flugzeugantrieb. Vorliegende Erfindung betrifft eine Gas turbinen-Kraftanlage für Flugzeugantrieb und bezweckt einen leichten und raschen Um bau einer solchen Anlage vom reinen Strahl rückstossantrieb auf einen kombinierten Pro peller- und Rückstossantrieb und umgekehrt. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemässe Gasturbinen-Kraftanlage für Flugzeugantrieb mit einer Turbine, einem von dieser getrie benen Verdichter und einer Verbrennungsein richtung, durch die das Arbeitsfluidum vom Verdichter zur Turbine strömt und worin Brennstoff verbrannt wird, gekennzeichnet.
durch zwei zur Anlage gehörende, gegeneinan der auswechselbare, am Verdichtergehäuse zu befestigende Aggregate, von denen das eine von der Turbine über in diesem Aggregat vor handene Zahnräder anzutreibende Hilfsein richtungen, und das andere ebensolche Hilfs einrichtungen sowie eine ebenfalls von der Turbine über in diesem Aggregat vorhandene Zahnräder anzutreibende Propellerwelle auf weist. Dabei sind die Zahnräder im einen wie im andern Aggregat mit der Turbine über ineinandergreifende Teile verbindbar, die beim Abnehmen eines Aggregates vom Ver dichtergehäuse durch axiales Auseinander rücken von der Turbine lösbar sind.
Es ist vorteilhaft, die Turbine am Verdich ter abnehmbar zu montieren, wozu die Tur binenverdichterwelle zweiteilig ausgebildet. ist und der eine Teil zusammen mit der Turbine ausgebaut. werden kann. Wenn die Kraftanlage für reinen Strahl antrieb gebraucht wird, kann die Turbine nur einen Rotor zum Antrieb des Verdichters und der im betreffenden Aggregat vorhandenen Hilfseinrichtungen aufweisen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig.1 eine Seitenansicht einer Gasturbi nen-Kraftanlage zum Vortrieb eines Flugzeu ges mit kombiniertem Propeller- und Rück stossantrieb, Fig.2 eine ähnliche Ansicht wie Fig.l, wobei aber die Kraftanlage auf reinen Strahl antrieb umgebaut ist, Fig. 3 eine Teilansicht zu Fig. 2 in grösse rem Massstab, wobei der Antrieb der Hilfs- bzw. Zusatzeinrichtungen detailliert darge stellt ist, Fig. 4 einen Schnitt in grösserem Massstab der Turbine in Fig. 2 und Fig.5 einen Schnitt ähnlich Fig.4 einer andern Turbinenkonstruktion.
Die in Fig.1 und 2 dargestellte Kraft anlage besitzt eine Verdichtereinheit 10, eine Turbineneinheit 1.1. zum Antrieb der letzteren und eine<B>-</B>Anzahl. Verbrennungskammern 1.2, durch die das Arbeitsfluidum aus dem Ver dichter in die Turbine strömt und in denen Brennstoff verbrannt wird. Die Turbinenein heit 11 ist im hintern Teil der Kraftanlage angeordnet und mit der aus einem Axialver- dicht.er 13 und einem Zentrifugalverdiehter 14 bestehenden Verdichtereinheit 10 verbunden, wobei die Turbine die beiden Verdichter mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit antreibt.
Die Turbinenabgase strömen durch eine Aus stossdüse 15 in Form eines nach rückwärts ge richteten Strahls. Das Arbeitsfluidum strömt bei 16 in die Kraftanlage, das heisst an einem zwischen der Verdichtereinheit 10 und der Turbineneinheit 11 gelegenen Punkt, und strömt der Reihe nach durch den Axial- und Zentrifugalverdichter. Während seiner Ver dichtung strömt daher das Arbeitsfluidum von hinten nach vorn in bezug auf die Kraft anlage. Darnach gelangt es in die Verbren nungskammern 12, die gleichmässig um den Axialverdichter 13 angeordnet sind, und aus diesem nach hinten gegen die Turbineneinheit 11, um dann schliesslich aus der Ausströmdüse 15 ausgestossen zu werden.
Am Gehäuse 17 des Zentrifugalverdichters 14 ist ein Aggregat 18 angeflanscht, auf dem in Fig.1 eine Anzahl Hilfseinrichtungen, wie mit 19 bis 22 angedeutet, montiert sind. Letz tere können zum Beispiel Brennstoff- oder Öl- pumpen, Dynamos, Verdichter und Anlasser sein. Im Aggregat befindet sich ferner ein Re duktionsgetriebe, dessen angetriebene Welle 23 zur Aufnahme eines Flugzeugpropellers ausgebildet ist.
Die Triebwelle der Turbineneinheit 11 er streckt sich nach vorwärts und ist mit dem Läufer des Verdichters 13 und dem Laufrad des Verdichters 14 verbunden. Sie erstreckt sich über das Gehäuse 17 hinaus bis in das Aggregat 18. Die Hilfseinrichtungen 19 bis 22 und die Propellerwelle 23 im letzteren werden von der Turbinenwelle über Übersetzungs getriebe angetrieben. Daraus folgt, dass die Verdichtereinheit 10, die Hilfseinrichtungen und auch der Propeller von der Turbinenein heit 11 angetrieben werden.
Wenn die Kraftanlage der Fig.l in die der Fig. 2 umgewandelt werden soll, wird das eine Einheit bildende Aggregat 18 mit dem Redaktionsgetriebe vom Gehäuse 17 abgeho ben und durch ein anderes Zusatzaggregat 24 ersetzt. Letzteres enthält die Hilfseinrichtun gen 19 bis 22 und, falls erforderlich, ein wei- teres Gehäuse 25 mit den Zusatzeinrichtungen 26 und 27. Die im Aggregat 24, 25 enthaltenen Hilfseinrichtungen werden von dem über das Gehäuse 17 hinausragenden Turbinenwellen ende über Getriebe angetrieben.
In der Kraftanlage nach Fig. 2 strömt das Arbeitsfluidum bei 16 ein und strömt nach einander vorwärts durch den Axialverdichter 13 und den Zentrifugalverdichter 14. Aus letzterem strömt es dänn rückwärts durch die Verbrennungskammern 12, die Turbinenein heit 11 und die Ausströmdüse 15. Die Kraft anlage nach Fig. 2 arbeitet nur mit dem Vor trieb des durch die Ausströmdüse austreten den Abgasstrahls, das heisst ohne Propeller.
In Fig.3 trägt die Welle 28 den Läufer des Axialverdichters 13 und das Laufrad des Zentrifugalverdichters 14 und wird, wie oben angegeben, von der Turbineneinheit 11 an getrieben: Die Welle 28 ist so in einem vom Gehäuse 17 gestützten Lager 29 montiert, dass sie über letzteres hinaus in das Aggregat 24 hineinragt. Das Wellenvorderende trägt ein in einen Zahnkranz 31. eingreifendes Ritzel 30. Der Zahnkranz<B>31</B> wird von einer Welle ge tragen, die in Lagern im Aggregat 24 abge stützt ist. Die Welle des Getriebes 30, 31 ist mit einer in das Gehäuse 25 hineinragenden Welle 32 verbunden.
Da das Gehäuse 25 je nach Wunsch an der Kraftanlage montiert oder weggelassen wird, kann beim Fehlen der selben das Vorderende der Welle 32 mit einer Kappe abgedeckt werden.
Aus obiger Darstellung ergibt sich, dass die Welle 28 durch die Zahnräder 30, 31 und wei tere innerhalb des Aggregates 24 vorgesehene Getriebe gewisse Hilfs- bzw. Zusatzvorrichtun gen antreibt. Ähnlich treibt die Welle 32 die Hilfsvorrichtungen 26 und 27 über im Ge häuse 25 -untergebrachte Getriebe.
In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird die Hilfsvorrichtung 19 über ein Getriebe, das teilweise mit 33, 33a bezeichnet ist, von der Welle 28 angetrieben.
Wenn an Stelle des Zusatzaggregates 24 das Reduktionsgetriebeaggregat 18 (Fig.1) am Gehäuse 17 montiert wird, so greift ein Zahnkranz des Reduktionsgetriebes in das Ritzel 30 ein. Der Antrieb der Hilfsvorrich tungen 19 bis 22 ist ähnlich dem in bezog auf Fig. 3 beschriebenen.
Das Reduktionsgetriebeaggregat 18 und das Zusatzaggregat 24, 25 sind somit aus tausehbare Einheiten, die leicht am Gehäuse 17 befestigt und von diesem abgenommen wer den können. Jede Einheit ist für sieh kom plett, und bei ihrem Einbau ist es nur notwen dig, das Ritzel 30 mit dem dem Aggregat 18 bzw. 24 zugeordneten Zahnkranz zu kuppeln, um die Turbineneinheit 11 in Wirkungsver bindung mit den Hilfsvorriehtungen und dem Propeller zu bringen.
Wegen der hohen Temperaturen des durch die Turbineneinheit 11 strömenden Arbeits fluidums ist es notwendig, der Turbinenein heit im radialen und axialen Sinne eine freie Ausdehnungsmöglichkeit zu gewährleisten. Die Turbineneinheit ist daher an einem Stüt zenpaar befestigt, wovon die eine Stütze Axialbewegungen der Einheit als Ganzes rela tiv zur Stütze ermöglicht, aber deren dies- bezügliehe Radialbewegungen verhindert, während die andere Stütze Axial- und Radial bewegungen der Einheit als Ganzes relativ zur zweiten Stütze verhindert, wobei die bei den Stützen radiale und axiale Ausdehnungen und Zusammenziehungen der Einheit selbst erlauben.
Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzt die Turbinen einheit 11 zwei Laufräder 33, eine von letz teren angetriebene Welle 34 und ein die Welle 34 abstützendes und die Räder 33 umschlie ssendes Gehäuse 35a, 35b.
Die erstgenannte Stütze besteht aus einem Verlängerungsstutzen 36 des Gehäuses 35a, 35b, wobei die Welle 34 vom Stutzen 36 mit tels Lager 37 abgestützt wird. Der Stutzen 36 ist aussenseitig in einer im Gehäuse 38 vorgese henen Öffnung gelagert. Das Gehäuse 38 bil det einen Teil des Axialverdichters 13 (Fig.1, 2). In der beschriebenen Anordnung kann das Turbinengehäuse 35a, 35b eine Axialbewegung relativ zum Verdiehtergehäuse 38 ausführen. Letzteres stützt jedoch das Turbinengehäuse 35a, 35b gegen Bewegen desselben als Ganzes in radialer Richtung relativ zum Verdichter gehäuse 38.
Die zweitgenannte Stütze besteht aus einem sich über den Umfang der Turbinen einheit 11 erstreckenden Ring 39, welcher vom Verdiehtergehäuse 38 mittels rohrförmiger Ausleger 40 getragen wird. Drei Bolzen 41; die gleichmässig um den Tragring 39 angeord net sind, erstrecken sich radial durch letzteren und greifen in entsprechende, am Umfang des Gehäuses 35 vorgesehenen Aussparungen 42. Somit bestimmen die Bolzen 41 die Lage des Gehäuses 35 so, dass es sieh weder axial noch radial relativ zum Tragring 39 bewegen kann, während sie radiale und axiale Wärmebewe gungen des Gehäuses 35 selbst ermöglichen.
In der beschriebenen Turbineneinheit-Bau- art nach Fig.4 ist das Gehäuse 35 zweiteilig <B>.</B> ausc geführt, und die Bolzen 41 werden dazu benützt, den einen Teil des Gehäuses relativ zum andern festzulegen.
Zu diesem Zweck ist der mit dem Stutzen 36 versehene Turbinen- ;@ehäuseteil 35a mit. drei radialen Armen 43 versehen, deren freie Enden je zwischen dem Tragring 39 und der Umfangsfläche des Tur- binengehäuseteils 35b liegen. Ein hohler Bol zen 44 wird durch jeden radialen Arm 43 ge führt und greift in je ein auf dein Umfang des Turbinengehäuseteils 35b vorgesehenes Auge 42 ein.
Die Hohlbolzen 44 bestimmen die Lage des Turbinengehäuseteils 35a relativ zum Teil 35b und bilden die Abstützung des Turbinengehäuses als Ganzes auf dem Trag ring 39. Dies geschieht durch Einführen der Bolzen 41 durch den Tragring in die Hohl bolzen 44.
Aus Fig.4 ist ersichtlich, dass die Tur bineneinheit. 11 ohne weiteres durch Heraus nahme der Radialbolzen 41, durch Trennung der Verbrennungskammern 12 von der Tur bineneinheit und durch axiales Ausfahren des Turbinengehäuses 35 aus dem Verdiehter- ,ehäuse 38 von der Kraftanlage losgelöst wer den kann. Damit dies bewerkstelligt werden kann, ist die Turbinenwelle 34 mit der Welle 28 mittels einer Zahnkupplung 46 verbunden. Letztere erlaubt, die Welle 34 ohne weiteres von der W elle 28 zu lösen, so dass die Tur- binenwelle zusammen mit der Turbineneinheit 11 von der Kraftanlage abgenommen werden kann.
Die Möglichkeit, die Turbineneinheit von der Kraftanlage zu trennen, bietet einen besonderen Vorteil für den Fall, dass letz tere, wie oben beschrieben, von einer Vor triebsart auf die andere umgestellt wird. Bei solch einer Umstellung kann es sich als vor , teilhaft erweisen, an Stelle einer Turbine mit einem Rotor zum Antrieb des Verdichters, Propellers und zusätzlicher Hilfsvorrichtun gen eine Turbine mit zwei voneinander unab hängigen Rotoren vorzusehen, von denen der eine den Verdichter und der andere den Pro peller antreibt, wobei die Hilfsvorrichtungen entweder vom einen Rotor oder von beiden angetrieben werden.
Unter Beibehaltung der beschriebenen Art der Turbinenmontage kön- neu eine Turbine mit einem Rotor und eine solche mit zwei Rotoren vorgesehen werden, die zu diesem Zweck gegeneinander austausch bar sind. Eine solche Umstellung ist in der Ausführung gemäss Fig. 5 möglich. Die Tur bineneinheit 11 weist zwei voneinander umab hängige Rotoren auf, von denen der eine durch das Laufrad 47 mit der Welle 49 und der andere durch das Laufrad 48 mit der Welle 50 gebildet ist. Beide Rotoren sind in Lagern 51 bzw. 52 gegenüber dem Gehäuse 35 abgestützt. Die Welle 49 treibt die Welle 53 über eine Zahnkupplung 54, und die Welle 50 treibt die Welle 55 über eine Zahnkupplung 56.
Die Welle 53 erstreckt sich nach vorn zum Kompressor zwecks Antrieb desselben. Die Welle 55 ist koaxial innerhalb der Welle 53 angeordnet und ist gekuppelt mit dem Unter setzungsgetriebe im Aggregat 18 (Fig. 1), welches Getriebe mit der Propellerwelle 23 und den Hilfsvorrichtungen 19, 20, 22 verbun den ist. Der Rotor 47, 49 treibt daher den Verdichter und der Rotor 48, 50 die Propel lerwelle 23 und die Hilfseinrichtungen. Die Turbine 11 in Fig.5 kann leicht aus der Kraftanlage ausgebaut werden, auf ähnliche Weise wie die Einrichtung gemäss Fig. 4, in dem die Bolzen 41 aus den Armen 43 heraus genommen und die Verbrennungskammern von der Turbine getrennt werden.
An Stelle der Turbine 11 kann dann eine Turbine mit nur einem Rotor installiert werden, deren Welle das eine Organ der Kupplung 54 be sitzt, so dass die Welle 53 von der Turbine angetrieben wird. Dabei wird die Welle 55 nicht angetrieben. Beim Gebrauch einer Tur bine mit mir einem Rotor wird das Aggregat: 18 durch ein nur Hilfseinrichtungen aufwei- sendes Aggregat ersetzt, wobei die Hilfsein richtungen vom Vorderende des Schaftes 53 angetrieben werden, wie oben in bezug auf Fig. 2 beschrieben.
Der Verdichterrotor kann auch gewisse Hilfseinrichtungen, z. B. über Zahnräder 63, 64, antreiben.