CH323117A - Composite propeller gas turbine system - Google Patents

Composite propeller gas turbine system

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CH323117A
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low
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pressure rotor
ratio
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Inventor
George Elliott Albert
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Rolls Royce
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    • F02C7/36Power transmission arrangements between the different shafts of the gas turbine plant, or between the gas-turbine plant and the power user

Description

  

      Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage            CTegenstand    der vorliegenden Erfindung  ist eine     Gasturbinenanlage,    die unabhängig  voneinander rotierende     Niederdruek-    und       IIoehdruckrotoren    für je einen Kompressor  und eine     Kompressorantriebsturbine    aufweist,  wobei der     Niederdruckkompressor    dazu be  stimmt ist, mindestens einen Teil des von ihm  geförderten Fluidums dem     I-Ioehdrnekkom-          pressor        zuzuführen,

      die     Niederdruekturbine    in  Serie mit der     Hoehdruekturbine    angeordnet  ist und der     Niederdruckrotor    zusätzlich zum  Antreiben eines Flugzeugpropellers dient.  Der Einfachheit halber wird eine Gasturbinen  anlage der     vorbesehriebenen    Art im folgen  den     Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage    ge  nannt.  



  Erfindungsgemäss besitzt die     Verbund-Pro-          peller-Gasturbinenanlage    automatisch in Ein  griff kommende Kupplungsmittel zur Her  stellung einer Antriebsverbindung zwischen  dem     Niederdruekrotor    und dem Hochdruck  rotor, wenn das Verhältnis zwischen der Dreh  zahl des     Niederdruckrotors    und der Drehzahl  des     iloehdruekrotors    einen vorbestimmten       fiert    zu überschreiten     sueht,    wobei die Dreh  zahl des     Niederdruekrotors    bei jeder Drehzahl  des     I3ochdruekrotors    nicht höher sein kann als  der durch das genannte Verhältnis festgelegte  Wert,

   während der     Niederdruekrotor    bei klei  neren als durch das genannte Verhältnis fest  gelegten Drehzahlen unabhängig vom Hoch  druckrotor rotieren kann.    Die Kupplungsmittel. sind zweckmässig  durch eine     Freilaufkupplung    gebildet, die als  Freilauf wirkt, wenn der momentane Wert des  genannten Verhältnisses kleiner ist als der vor  bestimmte Wert dieses Verhältnisses, und die  einen Antrieb überträgt, wenn der momentane  Wert des genannten Verhältnisses den vor  bestimmten Wert dieses Verhältnisses zu über  steigen sucht, wobei der vorbestimmte Wert  des Drehzahlverhältnisses zum Beispiel Eins  sein kann.  



  Die vorliegende Erfindung wird mit beson  derem Vorteil dort verwendet, wo der Nieder  druckrotor und der     Hochdriiekrotor    im Hin  blick auf hohen Wirkungsgrad bei     Reisefliig-          bedingungen    oder bei maximaler Leistungs  abgabe der Anlage besonders sorgfältig auf  einander abgestimmt sind.

       Verbund-Propeller-          Gasturbinenanlagen    bisher üblicher Bauart  sind dadurch gekennzeichnet, dass die -Dreh  zahl des     Hochdruekrotors    zur Hauptsache von  der     Einlasstemperatur    der der Verbrennungs  einrichtung nachgeschalteten Turbine ab  hängt, während die Drehzahl des Niederdruck  rotors zum Teil von der vom Propeller auf  genommenen Leistung oder in gewissen Fäl  len, z. B. wenn die Brennstoffzufuhr zur Ma  schine herabgesetzt wird und der Propeller  zufolge der Vorwärtsbewegung des Flugzeuges  vom Fahrtwind angetrieben wird, zum Teil  von der vom Propeller an den Rotor abgege  benen Leistung abhängt.

        Es ist ferner üblich, bei solchen Anlagen  einen     Verstellpropeller    vorzusehen, wobei die  Einstellung der Propellerblätter in bekannter  Weise mittels einer Einrichtung zur     Kon-          stanthaltung    der Drehzahl mit Solldrehzahl  wählv     orrichtung    gesteuert wird. In diesem  Fall wird somit bei geringer Brennstoffzufuhr  zur Anlage zum Beispiel beim Landeanflug  des Flugzeuges, die Drehzahl des Hochdruck  rotors     vermindert,    während     nornalerweise    mit  tels der genannten     Vorwählvorrichtung    eine  hohe Solldrehzahl eingestellt wird.

   Dies hat  zur Folge, dass der Propeller auf Segelstel  lung eingestellt wird, wodurch die Belastung  des     Niederdruckrotors    durch den Propeller  verringert wird, so dass die Drehzahl dieses  Systems steigen kann. Ferner kann der Pro  peller durch den Fahrtwind bei Vorwärtsflug  angetrieben werden, was im Sinne einer Ver  grösserung der Drehzahl des Niederdruck  rotors wirkt.  



  Die vorangehend geschilderten Verhältnisse,  wie sie bei bekannten     Propeller-Verbund-Gas-          turbinenanlagen    angetroffen werden, können       zui    unstabilen Strömungsverhältnissen im Nie  derdruck- und im     Hoehdruekkompressor    füh  ren, da die Strömungsverhältnisse in diesen  Kompressoren zur     Hauptsache    von den Nenn  daten der Kompressoren abhängen, für welche  die letzteren gebaut sind. Unstabile Strö  mungsverhältnisse, welche meistens im Hoch  druckkompressor der Anlage auftreten, kön  nen zum sogenannten  Pumpen  führen, wel  ches eine rasche Beschleunigung des Hoch  druckrotors     verunmöglichen    kann.

   Es ist zu  bemerken, dass ein rasches Beschleunigen des       Hochdruckrotors    bei     rascher    Zunahme der  Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrich  tung der Anlage eine besonders erwünschte  Eigenschaft einer     Verbund-Propeller-Gastur-          binenanlage    ist.  



  Durch Anwendung der vorliegenden Erfin  dung kann     gewährleistet    werden, dass die  Drehzahl des Hochdruckrotors nicht unter  einen Wert fällt, der in einem vorbestimm  ten Verhältnis zur Drehzahl des     '-\-ieclerdruek-          rotors    steht. Dadurch kann verhindert     werden,     dass die Strömungsverhältnisse in den beiden    Kompressoren der Anlage von jenen stark ab  weichen, für welche die Kompressoren gebaut  sind.  



  Bevorzugte Ausführungsbeispiele der er  findungsgemässen     Verbund-Propeller-Gastur-          binenanlage    sind in der beiliegenden Zeich  nung dargestellt. Es zeigt:       Fig.    1 schematisch eine     Verbund-Propeller-          CTasturbinenanlage    nach der Erfindung mit.

    einer     Freilaufvorrichtung    zum Kuppeln des       Niederdruekrotors    mit dem     Hoehdruekrotor     der Anlage, wenn die Drehzahl des erstge  nannten Rotors die Drehzahl des zweitgenann  ten Rotors zu übersteigen sucht,       Fig.1A    in grösserem Massstab die Freilauf  vorrichtung der Anlage,       Fig.1B    einen     Querschnitt    nach der Linie       1B-1B    in     Fig.1.,

  1    durch die     Freilaufvorrieli-          tung    nach     Fig.1A    und       Fig.    2 ein zweites Beispiel einer     Verbund-          Propeller-Gasturbinenanlage    nach der Erfin  dung analog     Fig.l    mit- einem Getriebe zur  Erziehung eines von 1 abweichenden Verhält  nisses der Drehzahlen.  



  Die     Gagturbinenanlage    nach den     Fig.        1.,    1 < 1  und 1B ist eine     Verbund-Propeller-Gasturbi-          nenanla.ge.    Sie besitzt eine     Niederdruckkom-          pressorrotorwelle    10, auf welcher     Rotorsehei-          ben        1.1    mit Laufschaufeln 12 angeordnet sind.  Zwischen den einzelnen     Laufseliaufelkränzen     sind     Statorsehaufelkränze        12a    angeordnet.

   Die       MV    eile 10 ist in     einem    Lager 1.3 im Bereich  ihres vordern Endes     und    in einem     Rollenlager          14    im Bereich ihres hintern Endes gelagert.  Die Lager 13 und 14 sind auf einem Tragteil  abgestützt, der mit dem Aussengehäuse 15 des       Kompressors    verbunden ist.

   Die Welle 10 ist  mit einer     Niederdruekturbinenwelle    16 mittels  einer Zahnkupplung 17 in bekannter Weise  drehfest     verbunden,    welche     Kupplung    ein       Ausser-Flucht-Kommen    der Wellen 10, 16 des       Nieclerdruckrotoi-s    in geringem Masse     zulässt.     



  Die     Niederdriiekturbinenwelle    16 ist. im       Bereich    ihres hintern Endes in einem Lager  18     gelagert,        welches    am     Aussengehäuse    19 der       Turbinenabgaseinriehtung    abgestützt ist. Auf       der        Niederdruekturbinenwelle    16 ist eine     Ro-          torscheibe    20 angeordnet, welche an ihrem      Umfang einen Kranz von     Turbinenlaufsehau-          feln    21 trägt.  



  Die     Niederdruekkompressorwelle    10 trägt  an ihrem vordern Ende ein     Ritzel    22, das in  ein Zahnrad 23 eingreift, welches auf einer       Vorgelegewelle    24 eines     Untersetzungsgetrie-          bes    befestigt ist. Auf der Welle 24 sitzt. ferner  ein Zahnrad 25, welches in einen Innenzahn  kranz 26 eingreift, der mit einer Propeller  welle 27 drehfest verbunden ist. Die Propel  lerwelle ist in geeigneten Dreh- und Schub  lagern gelagert. Die Propellerwelle 27 trägt  einen Propeller mit veränderlicher Blattstei  gung,     dessen    Propellerblätter mit 28 bezeich  net sind.

   Die Blattsteigung des Propellers  wird in bekannter Weise mittels einer     Dreh-          zalilkonstanthalteeinrielitung    gesteuert, welche  den Propeller so verstellt, dass er     entspre-          ehend    der Einstellung einer     Solldrehzahlwähl-          vorriehtung    der genannten Einrichtung eine  konstante Drehzahl beibehält. Da der Propel  ler durch das     Untersetzungsgetriebe    22-26  mit. der     Niederdruckkompressorwelle    10 an  triebsverbunden ist, hängt die Drehzahl des       Niederclruekrotors    mindestens zum Teil von  der     Steigring    der Propellerblätter 28 ab.  



  Die     Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage     besitzt. ferner eine     Hoehclruekkompressor-    und       lloeliclrriektrirbinenwelle    30. Diese Welle 30  ist an ihrem vordern Endteil in einem Rollen  lager 31 und im Bereich der Turbine in einem  Lager     31a    gelagert. Wie ersichtlich, ist die       Niederdruckturbinenwelle    16 koaxial inner  halb der     Hoehdruekrotorwelle    30 angeordnet.

         Diese    Welle<B>30</B> des Hochdruckrotors trägt. an  ihrem     vordern    Ende     Hoehdruekkompressor-          rotorseheiben    39, welche an ihrem Umfang mit       Laufsehaufel.n    33 versehen sind,

   wobei     zwi-          sehen    den     Laufsehaufelkränzen    je ein     Stator-          sehaufelkranz        33a-    angeordnet     ist.    Auf dem  hintern Endteil der     Welile    30 des Hochdruck  rotors     sitzt    eine     Hochdruckturbinenrotor-          seheibe        3.1,    welche Turbinenschaufeln 35 trägt.  Stromaufwärts und stromabwärts .des     Lauf-          sehaufelkranzes    35 der     Hochdruckturbine    ist.

    je ein     Statorsehaufelkranz    36 bzw. 3,7 angeord  net. Wie ersichtlich,     ist    die     Niederdriiektur-          hine    bezüglich der     Strömungsrichtung    des Ar-         beitsmediums    der Anlage in Serie mit der       Hochdruekturhine    angeordnet.

   Der Hoch  druckturbine werden     aus    einer Verbren  nungseinrichtung 38 der Anlage die Ver  brennungsprodukte zugeführt, welche nach  Passieren der     Turbinenstatorschaufeln    37       zum        Laufschaufelkranz    21 der Niederdruck  turbine gelangen.     Mit    39 sind in der Zeich  nung     Brennst.offinjektoren    der Verbren  nungseinrichtung 38 bezeichnet.  



  Bei der vorangehend beschriebenen An  lage     handelt    es sieh um eine     Verbund-Pro-          peller-Gasturbinenanlage    mit koaxial zuein  ander angeordneten     Niederdruck-        und        Hoeh-          druckrotoren.    Bei einer solchen     Anlage    hängt  die Drehzahl des     Hochdriiokrotors    zur Haupt  sache von der     Einlasstemperatur    der der     Ver-          brennungseinrichtung    der Anlage nachge  ordneten Hochdruckturbine ab.

   Die Dreh  zahl des     Niederdruckrotors        hängt    dagegen,  wie bereits     erwähnt.,    zum. Teil von der     Blatt-          steigung    des Propellers ab. Wie bereits er  wähnt,     ist    es erwünscht, die Drehzahl des       Niederdruckrotors    auf einem solchen     Wert     zu halten, dass eine rasche Steigerung der       Leistungsabgabe    der Anlage bei zunehmen  der     Brennstoffzufuhr    möglich     ist.     



  Um die vorangehend erläuterten -Schwie  rigkeiten zu vermeiden, die zum Pumpen des       Kompressors    führen können, ist beim ge  zeichneten Beispiel eine     Freilaufkupplung     vorgesehen, und zwar zwischen der Nieder  druckturbinenwelle 16 und der Hochdruck  kompressor-     und    Turbinenwelpe 30.

   Wie be  sonders in den     Fig.        1A    und 1B gezeigt, be  sitzt die     Freilaufkupplung    eine Hülse 40,       welche    auf das vordere Ende der Hochdruck  rotorwelle 30     aufgekeilt        ist    und eine zylin  drische Innenfläche     40a        (Fig.1B)    besitzt.  Die     Niederdruckturbinenwelle    16     ist    mit  einer Hülse versehen, welche mit rampen  artigen Vorsprüngen     40b    versehen ist. Zwi  schen der     Innenfläche    40a der Hülse 40 und  den Vorsprüngen 40b sind Rollen 41 ein  gesetzt.

   Mittels der Rollen . 41 werden die  beiden Wellen 16 und,     3'0    miteinander dreh  fest verbunden, wenn die Drehzahl der Nie-           (lerdruckturbinenwelle    16 im     Gegenuhrzei-          gersinn    gemäss     Fig.1L    die Drehzahl der       Hoehdruekrotorwelle    30 zu übersteigen sucht.  Beim vorliegenden     BeispidE1    ist das Verhält  nis der Drehzahlen des     -\7-iederdrnekrotors     und des Hochdruckrotors, bei welchem die  Rotoren automatisch miteinander     gekuppelt     werden, Eins.  



  Bei .dem in     Fig.    2 gezeigten Ausfüh  rungsbeispiel einer     Verbund-Propell:er-Gas-          turbinenanlage    sind für analoge Teile Blei  ehe Bezugszeichen wie in     Fig.    1 verwendet  worden.

   Die vorliegende Anlage besitzt ein  Getriebe zum Festlegen eines von Eins ab  weichenden Verhältnisses der Drehzahlen,  bei welchem automatisch die Kupplung der  beiden     Roto,rwellen    16 und 30     erfolgt.    Das Ge  triebe besitzt ein auf dem vordern     Endteil    der       Hochdruckrotorwel'le    30 sitzendes Zahnrad,  das mit einem     Stirnrad    51 kämmt,     welches    auf  einer     Vorgeleb    welle     5?,    angeordnet ist.

   Die  Welle     5'1    ist, in einem     Kugellager    53     -Lind    einem       Rollenlager        5.1    gelagert, welche Lager in einem  Tragteil angeordnet sind, der am Aussen  gehäuse 15 des     Kompressors    befestigt ist.  Die Welle 52     trägt    ferner ein Zahnrad 55,  welches in einen Zahnkranz 5,6 an der Aussen  fläche einer Hülse<B>57</B> eingreift.

   Die Hülse 57  bildet den Aussenteil der     Freila.ufkuppltin\r.     Die Hülse 57 ist mittels eines     Kugellagers    58  und eines     Rollenlagers    59 auf der     Nieder-          druektiirbinenwelle    16     gellhgert.    An der Welle  16     ist.    ferner ein Ring mit     rampenförmigen     Vorsprüngen 60     befestigt.    Zwischen den     Vor-          spriin-en    60 und einer innern Zylinderfläche  62 der Hülse 57 sind Rollen 61 angeordnet,  welche die Hülse 5,7 und den Ring (und somit  die beiden Wellen 16 und 3,0) miteinander  kuppeln,

   wenn die Drehzahl der     #Niederdrnek-          turbinenwelle    16 die Drehzahl der Hülse 57  zu übersteigen sucht. Die Rollen 61 und Vor  sprünge 60 sind gleich     ausgebildet    wie die  entsprechenden Elemente in     Fig.        1B.    Wie er  sichtlich, ist beim gezeichneten Getriebe das       Übersetzungsverhältnis    zwischen dem Zahnrad  50 und dem Stirnrad 51 grösser als das     rber-          setzungsverhältnis    zwischen dem Zahnrad 55  und dem Zahnkranz der Hülse 57.

   In der    Folge kann die     Niederdruekturbinenwelle    16  auch bei     Drehzahllen,    die grösser sind als die  jeweilige Drehzahl der     Hoehdruckrotorwelle     30, frei rotieren, solange nicht das durch das       Übersetzungsverhältnis    des Getriebes 50, 51,  56 bestimmte     Drehzahlverhältnis    überschrit  ten wird.  



  Dieses     Übersetzungsverhältnis    des Getrie  bes ist so gewählt, dass bei einer Zunahme der       Brennstoffzufuhr    zur Anlage eine rasche     Lei-          stungssteigerung    erzielt werden kann, ohne  dass Pumpen im     Kompressorsystem    der An  lage auftritt. In gewissen Fällen kann es von  Vorteil sein, die Anordnung so zu treffen,  dass der     Niederdruckrotor    einen durch     da"s     Verhältnis seiner Drehzahl zur Drehzahl des  Hochdruckrotors, das kleiner als 1 ist-, fest  gelegten Wert nicht übersteigen kann.

   In die  sem Fall ist das Getriebe so ausgebildet, dass  das     Übersetzungsverhältnis    zwischen dem  Zahnrad 50 und dem Stirnrad 51     kleiner    ist  als das     übersetzungsverhältnis    zwischen dem  Zahnrad 55 und der Hülse 57.  



  Es ist zu     bemerken,    dass bei den beschrie  benen     Verbund-Propeller-Gasturbinenanlagen     die Wellen     des    Niederdruck- und des     Hocii-          druekrotors    normalerweise     unabhängig    von  einander rotieren und nur unter bestimmten  Verhältnissen, insbesondere bei     Teillastbetrie?),     z. B. während des Landeanfluges des mit der  Anlage     aus@-,erüsteten    Flugzeuges, miteinander  gekuppelt sind.



      Composite propeller gas turbine system C The subject of the present invention is a gas turbine system which has independently rotating low-pressure and low-pressure rotors for one compressor and one compressor drive turbine, the low-pressure compressor being intended to deliver at least part of the fluid it delivers to the I-Ioehdrnekkom - feed pressor,

      the low-pressure turbine is arranged in series with the high-pressure turbine and the low-pressure rotor is also used to drive an aircraft propeller. For the sake of simplicity, a gas turbine system of the type described in the following is called the composite propeller gas turbine system.



  According to the invention, the composite propeller gas turbine system has automatically engaged coupling means for establishing a drive connection between the low-pressure rotor and the high-pressure rotor when the ratio between the speed of the low-pressure rotor and the speed of the rotary valve seeks to exceed a predetermined value, where the speed of the low pressure rotor at any speed of the I3ochdruekrotors cannot be higher than the value determined by the said ratio,

   while the low-pressure rotor can rotate independently of the high-pressure rotor at speeds that are smaller than the specified ratio. The coupling agents. are expediently formed by an overrunning clutch that acts as a freewheel when the current value of the said ratio is smaller than the predetermined value of this ratio, and which transmits a drive when the current value of the said ratio over the predetermined value of this ratio seeks to rise, wherein the predetermined value of the speed ratio can be, for example, one.



  The present invention is used with particular advantage where the low-pressure rotor and the high-pressure rotor are particularly carefully coordinated with one another with a view to high efficiency under cruise conditions or at maximum power output of the system.

       Composite propeller gas turbine systems of the usual design are characterized in that the speed of the high-pressure rotor depends mainly on the inlet temperature of the turbine downstream of the combustion device, while the speed of the low-pressure rotor depends partly on the power consumed by the propeller or in certain cases, e.g. B. when the fuel supply to the Ma machine is reduced and the propeller is driven by the airstream as a result of the forward movement of the aircraft, in part depends on the power given by the propeller to the rotor.

        It is also customary to provide a controllable pitch propeller in such systems, the setting of the propeller blades being controlled in a known manner by means of a device for keeping the speed constant with a target speed selector. In this case, when the fuel supply to the system is low, for example when the aircraft approaches, the speed of the high-pressure rotor is reduced, while normally a high target speed is set by means of the aforementioned preselection device.

   As a result, the propeller is set to sailing position, which reduces the load on the low-pressure rotor from the propeller, so that the speed of this system can increase. Furthermore, the propeller can be driven by the airstream when flying forward, which acts in the sense of increasing the speed of the low-pressure rotor.



  The conditions described above, as they are encountered in known propeller composite gas turbine systems, can lead to unstable flow conditions in the low pressure and high pressure compressors, since the flow conditions in these compressors mainly depend on the nominal data of the compressors for which the latter are built. Unstable flow conditions, which mostly occur in the high-pressure compressor of the system, can lead to so-called pumping, which can make it impossible for the high-pressure rotor to accelerate rapidly.

   It should be noted that a rapid acceleration of the high pressure rotor with a rapid increase in the fuel supply to the combustion device of the plant is a particularly desirable property of a composite propeller gas turbine plant.



  By using the present invention it can be ensured that the speed of the high-pressure rotor does not fall below a value that is in a predetermined ratio to the speed of the pressure rotor. This can prevent the flow conditions in the two compressors of the system from deviating significantly from those for which the compressors are built.



  Preferred exemplary embodiments of the composite propeller gas turbine system according to the invention are shown in the accompanying drawing. It shows: FIG. 1 schematically a composite propeller C gas turbine installation according to the invention.

    a free-wheeling device for coupling the low-pressure rotor with the high-pressure rotor of the system when the speed of the first-mentioned rotor seeks to exceed the speed of the second-mentioned rotor, Fig.1A shows the free-wheeling device of the system on a larger scale, Fig.1B shows a cross-section along the line 1B -1B in Fig.1.,

  1 by the freewheeling device according to FIG. 1A and FIG. 2, a second example of a composite propeller gas turbine system according to the invention analogous to FIG. 1 with a gear for establishing a ratio of the speeds that differs from 1.



  The gas turbine system according to FIGS. 1, 1 <1 and 1B is a composite propeller gas turbine system. It has a low-pressure compressor rotor shaft 10, on which rotor disks 1.1 with rotor blades 12 are arranged. Stator blade rings 12a are arranged between the individual rotor blade rings.

   The MV eile 10 is stored in a bearing 1.3 in the area of its front end and in a roller bearing 14 in the area of its rear end. The bearings 13 and 14 are supported on a support part which is connected to the outer housing 15 of the compressor.

   The shaft 10 is non-rotatably connected to a low-pressure turbine shaft 16 by means of a toothed coupling 17 in a known manner, which coupling allows the shafts 10, 16 of the Nieclerdruckrotoi to escape to a small extent.



  The low-pressure turbine shaft 16 is. mounted in the area of its rear end in a bearing 18 which is supported on the outer housing 19 of the turbine exhaust gas device. A rotor disk 20 is arranged on the low-pressure turbine shaft 16 and carries a ring of turbine blades 21 on its circumference.



  The low pressure compressor shaft 10 carries at its front end a pinion 22 which engages in a gear 23 which is attached to a countershaft 24 of a reduction gear. Sitting on the shaft 24. Furthermore, a gear 25 which engages a ring gear 26 which is rotatably connected to a propeller shaft 27. The propeller shaft is stored in suitable rotary and thrust bearings. The propeller shaft 27 carries a propeller with variable Blattstei supply, the propeller blades with 28 denoted net.

   The pitch of the propeller is controlled in a known manner by means of a constant speed holding device, which adjusts the propeller in such a way that it maintains a constant speed in accordance with the setting of a target speed selection device of the device mentioned. Since the Propel ler through the reduction gear 22-26 with. the low-pressure compressor shaft 10 is drive-connected, the speed of the Niederclruekrotors depends at least in part on the rising ring of the propeller blades 28.



  The composite propeller gas turbine plant has. also a Hoehclruekkompressor- and lloeliclrriektrirbinenwelle 30. This shaft 30 is at its front end part in a roller bearing 31 and in the area of the turbine in a bearing 31a. As can be seen, the low-pressure turbine shaft 16 is arranged coaxially within the Hoehdruekrotorwelle 30.

         This shaft <B> 30 </B> of the high pressure rotor carries. at their front end high pressure compressor rotor discs 39, which are provided on their circumference with runner blades 33,

   a stator blade ring 33a is arranged between each of the rotor blade rings. On the rear end part of the shaft 30 of the high-pressure rotor sits a high-pressure turbine rotor disc 3.1, which carries turbine blades 35. Upstream and downstream of the rotor blade ring 35 of the high pressure turbine.

    each a stator blade ring 36 or 3.7 angeord net. As can be seen, the low-pressure inlet is arranged in series with the high-pressure outlet with respect to the flow direction of the working medium in the system.

   The high-pressure turbine is supplied with the combustion products from a combustion device 38 of the plant, which after passing the turbine stator blades 37 reach the rotor blade ring 21 of the low-pressure turbine. With 39 fuel injectors of the combustion device 38 are designated in the drawing.



  The system described above is a composite propeller gas turbine system with low-pressure and high-pressure rotors arranged coaxially with respect to one another. In such a system, the speed of the high-pressure rotor depends mainly on the inlet temperature of the high-pressure turbine downstream of the combustion device of the system.

   The speed of the low-pressure rotor, however, depends, as already mentioned., To. Part of the pitch of the propeller. As already mentioned, it is desirable to keep the speed of the low-pressure rotor at such a value that a rapid increase in the power output of the system is possible when the fuel supply increases.



  In order to avoid the difficulties explained above, which can lead to the compressor pumping, an overrunning clutch is provided in the example shown, namely between the low-pressure turbine shaft 16 and the high-pressure compressor and turbine shaft 30.

   As shown in particular in FIGS. 1A and 1B, the overrunning clutch sits a sleeve 40 which is keyed onto the front end of the high pressure rotor shaft 30 and has a cylin drical inner surface 40a (Fig.1B). The low pressure turbine shaft 16 is provided with a sleeve which is provided with ramp-like projections 40b. Rollers 41 are set between the inner surface 40a of the sleeve 40 and the projections 40b.

   By means of the roles. 41, the two shafts 16 and 3'0 are connected to one another in a rotationally fixed manner when the rotational speed of the low pressure turbine shaft 16 tries to exceed the rotational speed of the high pressure rotor shaft 30 in the counterclockwise direction according to Figure 1. In the present example, the ratio is Rotational speeds of the low-pressure rotor and the high-pressure rotor at which the rotors are automatically coupled to one another, one.



  In the exemplary embodiment of a composite propeller gas turbine system shown in FIG. 2, reference numerals as in FIG. 1 have been used for analog parts of lead.

   The present system has a gearbox for setting a ratio of the speeds that deviates from one, at which the coupling of the two rotors, shafts 16 and 30 takes place automatically. The gear unit has a gear wheel which is seated on the front end part of the high-pressure rotor shafts 30 and which meshes with a spur gear 51 which is arranged on a Vorgeleb shaft 5?

   The shaft 5'1 is mounted in a ball bearing 53-Lind a roller bearing 5.1, which bearings are arranged in a support part which is attached to the outer housing 15 of the compressor. The shaft 52 also carries a gear 55, which engages in a ring gear 5, 6 on the outer surface of a sleeve 57.

   The sleeve 57 forms the outer part of the outdoor coupling \ r. The sleeve 57 is fixed on the low-pressure turbine shaft 16 by means of a ball bearing 58 and a roller bearing 59. On the shaft 16 is. a ring with ramp-shaped projections 60 is also attached. Between the protrusions 60 and an inner cylindrical surface 62 of the sleeve 57, rollers 61 are arranged which couple the sleeve 5, 7 and the ring (and thus the two shafts 16 and 3, 0) to one another,

   when the speed of the # Niederdrnek- turbine shaft 16 tries to exceed the speed of the sleeve 57. The rollers 61 and projections 60 are the same as the corresponding elements in Fig. 1B. As can be seen, the transmission ratio between the gear 50 and the spur gear 51 in the gear shown is greater than the transmission ratio between the gear 55 and the ring gear of the sleeve 57.

   As a result, the low pressure turbine shaft 16 can rotate freely even at speeds that are greater than the respective speed of the high pressure rotor shaft 30, as long as the speed ratio determined by the transmission ratio of the gear 50, 51, 56 is not exceeded.



  This transmission ratio of the transmission is selected so that when the fuel supply to the system increases, a rapid increase in performance can be achieved without pumping occurring in the compressor system of the system. In certain cases it can be advantageous to make the arrangement so that the low-pressure rotor cannot exceed a value determined by the ratio of its speed to the speed of the high-pressure rotor, which is less than 1.

   In this case, the transmission is designed such that the transmission ratio between the gear 50 and the spur gear 51 is smaller than the transmission ratio between the gear 55 and the sleeve 57.



  It should be noted that in the described composite propeller gas turbine systems enclosed, the shafts of the low-pressure and the Hociidruekrotors normally rotate independently of each other and only under certain conditions, especially with partial load?), Z. B. during the approach to landing with the system from @ -, armed aircraft, are coupled together.

 

Claims (1)

PATENT AN SPRU CH Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage, die unabhängig voneinander rotierende Nieder druck- und IIoelidruekrotoren für je einen Kompressor und eine Ko.mpressorantriebstur- bin.e aufweist, wobei der Niederdruekkompres- sor dazu bestimmt ist, mindestens einen Teil des von ihm, geförderten Fluidums dem Hoch- druckkoinpresso: PATENT TO SPRU CH Composite propeller gas turbine system which has independently rotating low-pressure and oil-pressure rotors for one compressor and one compressor drive turbine, the low-pressure compressor being intended to produce at least part of the promoted fluid the high pressure coinpresso: r zuzuführen, die Nieder druekturbine in Serie mit der Hochdruck turbine angeordnet ist und der Niederdruck rotor zusätzlich zum Antreiben eines Flug zeugpropellers dient, gekennzeichnet durch automatisch in Eingriff kommende Kupp- lunffsmittel zur Herstellunz einer Antriebs- verbindung zwisehen ,dem Niederdruckrotor ittid dem Hoelidruckrotor, r, the low-pressure turbine is arranged in series with the high-pressure turbine and the low-pressure rotor also serves to drive an aircraft propeller, characterized by automatically engaging coupling means for establishing a drive connection between the low-pressure rotor and the high-pressure rotor, wenn das Verhält nis zwisehen der Drehzahl des Niederdruek- rotors und der Drehzahl des Hochdruckrotors einen vorbestimmten Wert zu überschreiten stiebt, wobei die Drehzahl des Niederdruck rotors bei jeder Drehzahl des I-Iochdniekrotors nielit höher sein kann als der durch das ge nannte Verhältnis festgelegte Wert, während der Niederdruekrot.or bei kleineren als durch das genannte Verhältnis festgelegten Drehzah len unabhängig vom Hochdruckrotor rotieren kann. if the ratio between the speed of the low-pressure rotor and the speed of the high-pressure rotor tends to exceed a predetermined value, the speed of the low-pressure rotor at any speed of the Iochdniekrotors cannot be higher than the value specified by the said ratio, while the Niederdruekrot.or can rotate independently of the high pressure rotor at speeds lower than the specified ratio. UNTERANSPRÜCHE 1. Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage naeli Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass die Kupplungsmittel eine F'reilauf- kupplung aufweisen, welche als Freilaue wirkt, wenn der momentane Wert des genann ten Drehzahlverhältnisses kleiner ist. SUBClaims 1. Composite propeller gas turbine system according to patent claim, characterized in that the coupling means have a freewheel clutch which acts as a freewheel when the current value of the speed ratio mentioned is smaller. als der i orbestimmte Wert dieses Verhältnisses und welelie als Kupplung zur Übertragung eines Antrieb wirkt, wenn der momentane Wert des Drehzahlverhältnisses den vorbestinmiten Wert dieses Verhältnisses zu übersteigen sticht. ?. as the predetermined value of this ratio and which acts as a clutch for transmitting a drive when the instantaneous value of the speed ratio exceeds the predetermined value of this ratio. ?. Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage mieh Patentanispi-tieh, dadurch gekennzeich- net, dass der vorbestimmte Wert des Drehzahl verhältnisses Eins ist. Composite propeller gas turbine plant with patent anispi-tieh, characterized in that the predetermined value of the speed ratio is one. 3. Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass die beiden Rotoren koaxial zueinan der angeordnet sind, wobei der Niederdruck rotor eine in einer hohlen Welle des Hoch druckrotors angeordnete Welle aufweist und dass die Kupplungsmittel eine Freilaufkupp- lung aufweisen, welche zum Kuppeln der bei den Wellen bestimmt ist, wenn die Drehzahl das Niederdr-Lickrotors die Drehzahl des Hoch druckrotors zu übersteigen sucht. 3. composite propeller gas turbine system according to claim, characterized in that the two rotors are arranged coaxially zueinan, wherein the low pressure rotor has a shaft arranged in a hollow shaft of the high pressure rotor and that the coupling means have an overrunning clutch which for coupling which is intended for the shafts when the speed of the Niederdr-Lickrotors seeks to exceed the speed of the high-pressure rotor. -1. Verbund-Propeller-Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich net, dass der Niederdruckrotor koaxial zum Hochdruckrotor angeordnet. ist und dass die Kupplungsmittel eine Freilaufkupplung und ein Getriebe aufweisen zur Übertragung eines Antriebes zwischen den beiden Rotoren, wobei das Getriebe ein von Eins abweichendes Über- setzungsverhäl!tnis zwischen den Drehzahlen der beiden Rotomen festlegt, -1. Composite propeller gas turbine system according to claim, characterized in that the low-pressure rotor is arranged coaxially to the high-pressure rotor. and that the coupling means have an overrunning clutch and a gearbox for the transmission of a drive between the two rotors, the gearbox defining a transmission ratio that differs from one between the speeds of the two rotors wenn die Kupp lung der beiden Rotoren mittels der Freilauf- kupplung erfolgt. when the two rotors are coupled using the overrunning clutch.
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