Gasturbinen-Strahltriebwerk. Die Erfindung bezieht sich auf ein Cas- turbinen-Strahltriebwerk.
Das Ciasturbinen-Strahltriebwerk gemäss der Erfindung ist, gekennzeichnet durch einen :ITehrstufen-Axialkompressor mit axial gerich teten Diffusorauslässen, die symmetrisch und in bezug auf die Kompressoraehse ringförmig angeordnet sind, durch eine Axialturbine mit Einlassmitteln, die symmetrisch und ringför mig in bezug auf ihre Achse angeordnet und axial.
sich im Abstand vom Kompressor befin den und koaxial zu diesem liegen, wobei diese Turbine zwei gegenläufige Rotoren aufweist, von welchen einer fest mit einer den Kom pressor antreibenden Welle verbunden ist, während der andere frei drehbar gelagert ist, durch eine ringförmig angeordnete und axial.
verlaufende Verbrennungseinrichtung, welche sich im Zwischenraum zwischen den Diffusor- auslässen und dem Turbineneinlass befindet und das Gas vom einen zum andern führt, durch einen die Turbinenabgase zu einer Strahldüse führenden Auspuffkanal, durch einen diesen Auspuffkanal koaxial umgeben den Luftkanal und durch ein in diesem Luft kanal angeordnetes Schuberhöhungsgebläse, dessen Laufsehaufelung radial auswärts durch den zweiten, frei drehbar gelagerten Rotor der Turbine getragen wird, wobei der Luft kanal.
in der Gebläseeintrittsebene einen Innendurchmesser besitzt, der nicht grösser ist als der Aussendurehmesser der vor ihm ring- förmig angeordneten Verbrennungseinrich tung.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes dargestellt.
Fig. 1 und la bilden zusammen einen Aufriss, zur Hälfte im Längsschnitt, und zeigen eine Ausführungsform für ein Luft fahrzeug.
Fig. 2 ist ein Detailschnitt in grösserem Massstab und stellt. die Konstruktion des Luft gehäuses des in Fig. 1 dargestellten Trieb werkes sowie die Konstruktion und Anord nung der Flammrohre darin dar.
Fig. 3 ist ein weiterer Detailschnitt in grösserem Massstab, der die Anordnung eines Brenners und die Abstützung des Flammroh- res am Brenner darstellt.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel weist das Triebwerk einen mehrstufigen Axial- kompressor 1, eine ringförmige Verbrennungs einrichtung 2, eine Turbine 3 und daran an schliessend eine zu einer Strahldüse führende Auspuffleitung 4, ferner ein in einem zur gleichen Strahldüse führenden Durchlass 6 arbeitendes Schuberhöhungsgebläse 5 auf, das von der Turbine 3 angetrieben wird.
Der Durehlass 6 umgibt die Auspuffleitung 4 koaxial, weist in der Gebläseeintrittsebene einen Innendurchmesser auf, der nicht grösser ist als der Aussendurchmesser der vor ihm ringförmig angeordneten Verbrennungskam- mer. Eine für den Kompressor 1 und die Turbine 3 gemeinsame Welle 7 dient zur über- tragung der Antriebskraft der Turbine auf den Kompressor. Um diese Welle 7 herum ist das ganze Triebwerk symmetrisch angeordnet, und diese Welle besitzt eine Kupplung 7a mit nachgiebigen Flanschgliedern und ein Druck glied, welches den durch den Kompressor und die Turbine erzeugten Axialdrücken wider steht.
Das vordere Ende des Triebwerkes ist von einer Verkleidung 8 umschlossen, welche dem betreffenden Luftfahrzeug angepasst ist. Am vordern Ende des Kompressors ist ein Getriebekasten für Antriebzubehörteile ange baut, die von der Welle 7 angetrieben werden.
Der Kompressor 1 besitzt einen Rotor, der aus einer Mehrzahl von getrennten Scheiben aufgebaut ist, von welchen jede am Umfang einen Kranz von Kompressorlaufschaufeln trägt, während die Statorschaufeln sich ein wärts von einem äussern Gehäuse 9 erstrecken, welches mit den vordern und hintern Wänden 10, 11, in welchem Lager für die Welle 7 vorgesehen sind, einen ringförmigen Einlass bei 12 und einen Auslass 13 bestimmt, -von welchen der letztere sich axial durch innere und äussere Wände 14, 15 erstreckt, welche mit dazwischen befindlichen Wänden 16 einen Kranz von axial gerichteten Diffusorkanälen bilden.
An der innern Wand (siehe besonders Fig. 2) ist ein hohles Glied 17 befestigt, wel ches die Welle 7 umschliesst und sich koaxial zu derselben gegen die Turbine 3 erstreckt. Das Glied 17 ist gegen sein inneres Finde fest an einem kegelstumpfförmigen Glied 18 be festigt, zwischen dessen hinterem Rand und einem kegelstumpfförmigen Ring 18a sich der Turbineneintrittsdüsenring 19 befindet. Der Ring 18a ist aussen an der innern Wand des Durchlasses 6 befestigt.
Bei der dargestellten Konstruktion ist die mit 3 bezeichnete Turbine von gegenläufiger Bauart, wobei der eine Rotor den Kompressor und der andere das Schuberhöhungsgebläse antreibt: Der Kompressor-Antriebsrotor be sitzt zwei axial voneinander im Abstand an geordnete, auf der Welle 7 feste Scheiben 20, und der zweite Rotor 21 besitzt eine Lager- büchse 20a, durch welche er über axial im Abstand angeordnete Lager 20b auf einem rohrförmigen Glied drehbar gelagert ist, das durch eine hintere Verlängerung 17a des be reits erwähnten Gliedes 17 gebildet ist.
Die Verlängerung 17a und das Glied 17 umschlie ssen ihrerseits mit Abstand die Welle 7 und stützen sie wie angedeutet durch in axialem Abstand angeordnete Lager 17b. Die Schau- felung des Rotors 21 ist mit. einem Ring 22 verbunden, welcher sieh nach hinten erstreckt, um sowohl eine Umhüllung für die Schaufe- lung des Kompressorantriebsrotors als auch einen Träger für den zweiten, nvisehen den zwei Schaufelkränzen des ersten Rotors ange ordneten Kranz von Schaufeln 21a des Rotors 21 zu bilden, welche Schaufeln sich radial einwärts erstrecken.
Die Aufgabe des zweiten Rotors 21 besteht darin, das Zweistufenge- bläse 5 anzutreiben, dessen Laufschaufeln 5a durch eine Trommel 23 getragen werden, deren vorderes Ende auf dem Ring 22 des zweiten Rotors 21 durch ein kegelstumpf- förmiges Glied 24 abgestützt ist und dessen Statorsehaufeln <I>5b</I> an den Durchlass 6 begren zenden Gehäusewänden befestigt sind, dessen Innenwand durch das kegelstumpfförmige Glied 18a an der Wand 25 abgestützt ist.
Es ergibt sich aus dieser Konstruktion, dass das Drehmoment des zweiten Rotors auswärts auf die Gebläsetrommel 23 übertragen wird, so dass das Gebläse die Luftströmung im Durchlass 6 beschleunigt, die am vordern Einlass des Durchlasses 6 eintritt.
Die Durch- lässe 4, 6 vereinigen sieb in gewissem Abstand vom Gebläse 5; in einem hinter dem Gebläse 5 befindlichen Teil des Durchlasses 6 sind ferner Brennstoff-Verbrennungsmittel 26 vor gesehen, um der Luftströmung Energie zuzu führen, vorteilhaft so, dass sie auf die Ge schwindigkeit der Turbinenauspuffströmung im Durchlass 4 beschleunigt wird, bevor die beiden Ströme als gemeinsamer Vortriebs strahl zusammentreffen.
Das hohle Glied 17 bildet die innere druck feste Wand eines sieh axial erstreckenden Luftgehäuses, dessen äussere druckfeste Wand durch ein rohrförmiges Glied 27 gebildet ist, das an seinem vordern Ende lösbar mit einem Flansch des durch die Wände 14,15 bestimm ten Kompressorauslassringes und an seinem hintern Ende mit der kegelstumpfförmigen Brand 25 verbunden ist, deren engeres Ende, wie bereits erwähnt, an dem Glied 18a befe stigt ist. Das Glied 27 hat einen solchen Innen durchmesser, dass, wenn seine Befestigungen gelöst sind, es nach vorn über das Kompressor- gehäuse 9 geschoben werden kann.
Ausserhalb des Gehäuses 9 befindliche Zubehörteile, wie z. B. in der Zeichnung dargestellte Rohr leitungen, sind entweder so angeordnet, dass sie die Verschiebung des Gliedes 27 nicht be hindern, oder sind zwecks Beseitigens leicht abnehmbar ausgebildet. An den innern und äussern Wänden 17, 27 sind im Abstand von jeder Wand Metallblechfutter 28, 29 ange ordnet, um luftdurchströmte Isolationsräume an den innern und äussern Wänden des Luft gehäuses vorzusehen.
Diese Futter sind an ihren Enden so ausgebildet, dass ein Teil des ankommenden Luftstromes in die Isolations räume eintritt und nach Hindurchströmen durch die betreffenden Isolationsräume in die Turbine gelangt. Das äussere Futter 28 be sitzt, damit es das axiale Herausziehen der äussern Wand 27 nicht behindert, lose Über lappungsverbindungen mit Futterteilen 28a, welche an Gehäuseteilen angeordnet sind, wel che fest bleiben, wenn das Glied 27 verscho ben wird.
Zwischen den Wänden 17, 27 und in dem ringförmigen Zwischenraum, welchen sie ein schliessen, ist gleichmässig verteilt um die Achse eine Anzahl von axial sich erstrecken den Flammrohren vorgesehen. Der Hauptteil 30 jedes Flammrohres ist zylindrisch und be sitzt an seinem Einströmende einen kegel- stumpfförmigen Abschlussteil, dessen engeres Ende an einem vorstehenden Flansch eines zylinderförmigen Brenners 31 anliegt und durch diesen gestützt ist. Der Brenner 31 ist koaxial zum Flammrohr und ist auf einer der Diffusorwände 16 des Kompressorauslass- ringes angeordnet.
Eine zweckmässige Form einer solchen Konstruktion ist in Fig. 3 dar gestellt, in welcher der Brennerkörper 31 mit- tels Bolzen<B>31f</B> an einer der Diffusorwände 1.6 des Kompressorauslassringes so befestigt ist, dass seine Kanäle mit Brennstoffzu- bzw.
-abfuhrkanälen 31a übereinstimmen, die im Körper der Wand 16 vorgesehen sind und die auch mit Kanälen in einem Brennstoffzufuhr anschlussstück 31b übereinstimmen, das in einem Durchlass 31c untergebracht ist, wel cher sich durch die erwähnte Diffusorwand erstreckt, die auch einen Luftdurchlass zwi schen der durch die Innenseite des erwähnten Kompressorringraumes gebildeten Kammer und der -äussern Atmosphäre ergibt.
Der äussere Flansch des Kompressorauslassringes in Fig. 3 erstreckt sich bis auf ein über dem äussersten obern Teil des Brennstoffzufuhr anschlussstückes 31b liegendes Niveau, so dass der an diesem Flansch befestigte Flansch der äussern druckfesten Wand 27 beim Verschie ben dieser Wand nicht gegen das Brennstoff zufuhranschlussstück 31b anstösst. Das Flamm- rohr wird gegen ungewollte Verschiebung mittels zweier Gewindehülsen 31e, 31g ge sichert. Ferner ist ein Durchlass 31d zum Zu führen von Verbrennungsluft in die Nähe der Brennermündung vorgesehen.
Die Flamm- rohrwand ist auch durchbrochen und mit pas senden Führungen und Ablenkorganen ver sehen, wie dies für die Verbrennung als er forderlich erachtet wird. Das Ausströmende des zylindrischen Körpers 30 des Flammroh- res wird z.
B. durch biegsame Verbindungs glieder 30a abgestützt, welche mit dem Futter 29 verbunden sind, so dass es innerhalb und im Abstand von dem kreisförmigen Einström ende eines Auslasskanals 32 liegt, welcher in der Ausströmrichtung zu einem Ringsektor ausläuft, der einem Sektor des ringförmigen Düsenringes 19 der Turbine entspricht. Auf der Aussenseite jedes Auslasskanals 32 ist ein Zwischenraum freigelassen für den Durchlass von etwas Luft zur Turbinendüse, so dass diese Luft die Wand des Kanals kühlt und, da sie bei diesem Vorgang selbst erwärmt wird, sich schliesslich mit den heissen, in die Turbine eintretenden Gasen mischt.
Der Kanal 32 wird durch ein radiales streben artiges Element 33 festgelegt und abgestützt, welches durch diesen Kanal und auch durch die Futter 28a., 29 und die innern und äussern Umhüllungsglieder 18, 25 des Luftgehäuses hindurchgeht, wobei die Strebe an allen diesen Teilen, z. B. durch Schweissen, befestigt ist. Der Hauptzweck der Streben 33, welche in Abständen im Luftmantel vorgesehen sind, besteht darin, die Konzentrizität der Umhül lungsteile 18, 25 aufrecht züt erhalten; aber sie können auch hohl hergestellt werden und so Verbindungsdurchlässe zwischen dem vom Glied 18 umschlossenen Raum und der Aussen seite des Luftgehäuses ergeben, welcher Durch lass eine Kühlluftströmung durch die Strebe gestattet.
Es können alternative Arten der Abstüt zung des Auslasskanals 32 angewendet werden, aber in jedem Fall ist der Träger so ausge dacht, dass Längs- und Radialausdehnungen ohne wesentliche Verschiebung des Flamm- rohres und ohne Erzeugung besonderer Be anspruchungen desselben oder irgendeines damit in Beziehung stehenden Teils ermög licht sind.
Um irgend einen Flammrohrkörper 30 wegnehmen zu können, wird die Aussenwand 27 des Luftgehäuses gelöst und axial über das Kompressorgehäuse 9 geschoben, wonach das Futter 28, 28a weggenommen und die Hülse 31e am Brenner 31 gelöst und der Flammr ohr- körper 30 axial gegen die Turbine verschoben wird, um ihn vollständig vom Brenner weg zunehmen. Diese Bewegung ist möglich wegen eines genügenden Zwisehenraumes zwischen dem Ausströmende des Flammrohres 30 und dem axial benachbarten Auslasskanal 32. Der Körper 30 kann dann genügend geneigt wer den, um ihn herauszuziehen.
Als Alternative kann der Flammrolirkör- per 30 am Brenner befestigt bleiben und nach Wegnahme des Futters 28, 28a. können die Bolzen 31f des Brenners 31 gelöst werden, so da.ss der Brenner aus seiner Lage durch axiale Verschiebung des Flammrohres herausgezogen werden kann. In jedem Fall stellt der Brenner selbst die Stütze des Flammrohres an seinem Einströmende dar.
Die Glieder 17, 18 und 27, 25 bilden nicht nur die druckfesten Wände des ringförmigen Luftgehäuses, von welchen Wänden die äussere zum grössten Teil axial wegnehmbar ist, um die leicht wegnehmbaren Flammrohre freizu geben, sondern zusammen auch ein starres Traggebilde, das ein die Hauptbeanspruchun gen aufnehmendes Element darstellt, welches mit den Flansehen des Koinpressorauslassrin- ges und mit dem Turbinengehäuse eine starre Einheit bildet.
Dadurch, dass die Teile 17, 27, 18, 25 so hergestellt, sind, da1> sie diesem doppelten Zweck dienen, kann eine erhebliche Gewiehtsersparnis ohne Opferung der Starr heit und Festigkeit erreicht werden.
Die Anwendung eines ringförmigen Luft gehäuses, welches einen Raum um die Kom- pressorturbinenwelle 7 umschliesst, ergibt auch eine zweckmässige Anordnung eines Vertei lungssystems für Kühlluft, zusätzlich zu dem schon in Verbindung mit der Verbrennungs einrichtung erläuterten System, wodurch sich Gasverluste, örtliche Verziehungen und ausser gewöhnliche örtliche Temperaturen vermeiden lassen.
Ein solches Svstem ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, in welchen die durch das innere Glied 17 des Luftgehäuses gebildete Wand hohl hergestellt und durch eine Leitung 35 mit einer passenden Stelle des Kompressors verbunden ist, um daraus komprimierte Luft aufzunehmen, welche, wie durch die Pfeile in Fig. ,\'2 angedeutet ist, verteilt wird.
Der Hohl raum des Gliedes 17 bildet Luftdurchlässe 36 (siehe Fig. 2), durch welche Luft. zu den Tur binenlagern und auch zu der durch das Glied 18 und die Stirnfläehe und Lagerbüchse des Turbinenrotors 21 begrenzten Kammer und ztt dem Zwischenraum zwischen den Rotoren 21, 20 gelangt.
Diese Kammer enthält eine feste Absehirmwand 37 von ringförmiger Ge stalt., welche die Luftströmung zwingt, der Oberfläche der Turbinenrotorteile zu folgen, wobei die Luft allenfalls durch die Flamm- rohrstreben 33 zum Einlass des Schuberhö- hungsgebläses entweicht. Zusätzlich ist die Welle 7 hohl hergestellt und überträgt Luft zu den innern und den hintern Stirnflächen der Seheiben 20, wo sie in den Turbinengas- Strom entweicht.
Die unmittelbar von dem Kompressor kommende Luft besitzt einen etwas höheren Druck als der Gasstrom in der Turbine, so dass die Luft in die Turbine strömt und Gasverluste vermieden sind.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Kon struktion des Luftgehäuses sind die innern Glieder 17 und 18 und das äussere Glied 25 durch verhältnismässig dicke Gussstücke gebil det. Diese Teile können aber auch aus Metall- bleeh hergestellt werden, mit genügenden Ver steifungen, damit das Luftgehäuse zusammen mit dem Kompressorgehäuse und dem Turbi nengehäuse eine starre Einheit ergibt..
Es ist zu beachten, dass bei der dargestell ten Konstruktion der Kompressor, die ring förmig angeordnete Verbrennungseinriehtung, die Turbine, das Schuberhöhungsgebläse und die zur Strahldüse führenden Luftdurchlass- bzw. Gasauspuffkanäle koaxial und symme trisch in bezug auf die Welle angeordnet sind, durch welche die Turbine den Kompressor an treibt, und dass der Kompressorauslass, die Verbrennungseinrichtung und der Turbinen einlass axial so aufeinander ausgerichtet sind, dass in irgendeinem Längsschnitt dieser Teile die mittlere Stromlinie eine Gerade ist,
wo durch eine grosse Luftmenge bei hoher Ge schwindigkeit ohne grosse Verluste durch diese Teile hindurchströmen kann.
Es können Anlassmittel für das Triebwerk in Gestalt von Lbertragungseinrichtungen zur Hauptwelle durch den Getriebekasten am vor- dern Ende vorgesehen sein, um mit der Welle zusammenzuwirken. Um das Anlassen zu er leichtern, können Mittel vorgesehen sein, um die Drehung des zweiten Rotors zu verhin dern, bis der Kompressorantriebsrotor genü gend beschleunigt ist. Wenn z.
B. ein weg nehmbarer Anlasser vorgesehen ist, um auf die Welle gegen ihr Turbinenende einzuwir ken, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, um auf eine Klaue oder dergleichen an der Nabe des zweiten Rotors einzuwirken, so dass deren Drehung so lange verhindert ist, als die Anlassvorriehtung sich in Wirkungslage befindet.