DE102008031186A1

DE102008031186A1 - Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE102008031186A1
Application number: DE102008031186A
Authority: DE
Inventors: Sascha Dipl.-Ing. Burghardt
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk mit mindestens einer, durch mindestens ein Wellenlager (4, 5) im Gehäuse (3) des Triebwerkes gelagerten, axialen Hohlwelle (2), mit mindestens einer, durch Druckluftzufuhr unter Überdruck gehaltenen Lagerkammer (6, 7) für das Wellenlager (4, 5), mit der Lagerkammer (6, 7) zugeordneten Abluftöffnungen (14) im Mantel der Hohlwelle (2) und mit einer Entlüftungseinrichtung (20). Damit die Entlüftungseinrichtung (20) für die aus der Hohlwelle (2) abzuführende Abluft keine gesonderte Energiezufuhr und nur geringe Kosten erfordert und nur ein geringes Gewicht aufweist, ist die Entlüftungseinrichtung (20) aus einem in der Hohlwelle (2) fest angeordneten und mit der Hohlwelle (2) rotierenden Laufschaufelrad (22) gebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk mit mindestens einer, durch mindestens ein Wellenlager im Gehäuse des Triebwerkes gelagerten, axialen Hohlwelle, mit mindestens einer, durch Druckluftzufuhr unter Überdruck gehaltenen Lagerkammer für das Wellenlager, mit der Lagerkammer zugeordneten Abluftöffnungen im Mantel der Hohlwelle und mit einer Entlüftungseinrichtung.
Bei Strahltriebwerken sind die zentralen Triebwerkswellen in Wellenlagern gelagert, die im Gehäuse des Triebwerkes abgestützt und von Lagerkammern umgeben sind, in welchen eine definierte Schmierölmenge aufrechterhalten wird. Um zu verhindern, dass Schmieröl aus den Lagerkammern austritt, wird Druckluft entgegen der möglichen Austrittsrichtung in die Lagerkammern gedrückt. Diese Druckluft muss zur Vermeidung einer zu hohen Luftmenge laufend mindestens teilweise wieder abgeführt werden.
Bei bekannten Strahltriebwerken dieser Bauart werden die vorhandenen rohrförmigen Hohlwellen dazu benutzt, einen Druckausgleich zwischen den Lagerkammern der Wellenlager und der Umgebung zu erreichen. Hierzu sind im Mantel der Hohlwelle Abluftöffnungen ausgebildet, die der jeweiliegen Lagerkammer zugeordnet sind und durch welche die überschüssige Druckluft abgeführt werden kann. Dies spart kostspielige und gewichtsintensive Installationen, wie z. B. Leitungen und Zentrifugalabscheider.
Bei Zuständen des Strahltriebwerkes mit geringer Lastabnahme (low power), wie z. B. Leerlauf, sinkt jedoch der Innendruck der Lagerkammer so stark ab, dass ein selb ständiges Entweichen der Ab- bzw. Druckluft nicht ausreichend sichergestellt werden kann. Für diese Zustände sind bei vorbekannten Strahltriebwerken aufwendig konstruierte Absaugungssysteme eingebaut, die mit Verdichterluft betrieben werden müssen. Dies reduziert den Wirkungsgrad des Verdichtersystems und stellt einen hohen konstruktiven Aufwand dar.
So ist bei einem vorbekannten Absaugungssystem in einem dem freien Ende der Hohlwelle nachgeschalteten Abluftrohr ein Ejektor installiert, der nach dem Venturi-Prinzip arbeitet und in dem Abluftrohr eine Luftströmung erzeugt, welche die aus der Hohlwelle abzuführende Abluft mitreisst. Ein solcher Ejektor ist aber deswegen nachteilig, weil dieser das Gewicht des Triebwerkes erhöht und mit Luft versorgt werden muss, die z. B. aus der Verdichterluft abgezweigt wird. Dies erfordert wiederum einen Energieaufwand, der den Wirkungsgrad des Verdichtersystems reduziert.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Strahltriebwerk mit einer Entlüftungseinrichtung für die aus der Hohlwelle abzuführende Abluft zu schaffen, wobei die Entlüftungseinrichtung keine gesonderte Energiezufuhr und nur geringe Kosten erfordert und nur ein geringes Gewicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die Entlüftungseinrichtung aus einem in der Hohlwelle fest angeordneten und mit der Hohlwelle rotierenden Laufschaufelrad (Rotorimpeller) gebildet ist. Damit werden das Bauvolumen verkleinert und das Gewicht und die Herstellungskosten des Triebwerkes reduziert. Es entfällt die Entnahme von Verdichterluft, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters ansteigt. Ferner wird die Anzahl der benötigten Bauteile verringert. Schließlich wird die Absau gung der Lagergehäuseluft als Abluft aus der Hohlwelle auch während verschiedener Lastzustände des Triebwerkes sichergestellt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Laufschaufelrad (Statorimpeller) am freien Ende der Hohlwelle angeordnet, und dem freien Ende der Hohlwelle ist ein mit dem Gehäuse des Triebwerkes fest verbundenes, dem Laufschaufelrad angepaßtes festes Leitschaufelrad zugeordnet, wobei das Lauf- und das Leitschaufelrad aus jeweils mehreren Flügeln bestehen.
Schließlich ist in weiterer Ausbildung der Erfindung das Material von Lauf- und Leitschaufelrad ein Leichtbaumaterial, wie insbesondere Titan, Aluminium od. dgl..
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Strahltriebwerkes mit Entlüftungseinrichtungen gemäß dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1: einen schematischen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk mit der Entlüftungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
2: einen schematischen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk mit der Entlüftungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3: eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Entlüftungseinrichtung nach 2,
4: eine der 3 entsprechende vergrößerte Schnittdarstellung im Bereich der Entlüftungseinrichtung und
5: eine der 3 entsprechende perspektivische Schnittdarstellung im Bereich der Entlüftungseinrichtung.
Der in 1 gezeigte schematische Längsschnitt durch ein Strahltriebwerk zeigt die in der Triebwerksachse 1 rotierbar gelagerte axiale Hohlwelle 2 und diese im Gehäuse 3 des Triebwerkes lagernden Wellenlager 4 und 5. Diese sind in einer vorderen und einer hinteren Lagerkammer 6 bzw. 7 angeordnet und am Gehäuse 3 abgestützt. Der Verdichter 8 und die Turbine 9 sind im vorderen bzw. hinteren Bereich des Triebwerkes prinzipiell dargestellt.
In den Lagerkammern 6, 7 wird in bekannter Weise eine definierte Schmierölmenge aufrechterhalten. Um zu verhindern, dass das Schmieröl aus den Lagerkammern 6, 7 austritt, wird entgegen der möglichen Austrittsrichtung Druckluft in die Lagerkammern 6, 7 gedrückt, die zur Vermeidung einer zu hohen Luftmenge laufend mindestens teilweise wieder abgeführt werdenden muss.
Gemäß dem Stand der Technik nach 1 ist hierzu im hinteren Bereich des Triebwerkes, d. h. im Bereich des Abgaskonus 19, eine Entlüftungseinrichtung 10 in einem sich am freien, hinteren Ende der Hohlwelle 2 anschließenden Abluftrohr 11 angeordnet und über eine Verbindungsleitung 12, in der ein Schaltventil 13 angeordnet ist, mit dem Verdichter 8 verbunden. Die Entlüftungseinrichtung 10 umfasst einen im Abluftrohr 11 angeordneten, an die Verbindungsleitung 12 angeschlossenen Ejektor 16.
Um die Absaugung der über Abluftöffnungen 14 im Mantel der Hohlwelle 2 aus den Lagerkammern 6, 7 in Richtung der Pfeile 15 in der Hohlwelle 2 abströmenden Abluft in bestimmten Betriebszuständen des Triebwerkes zu verbessern, wird dem Ejektor 16 über die Verbindungsleitung 12 und gesteuert über das Schaltventil 13 aus dem Verdichter 8 in Richtung der Pfeile 17 Zapfluft zugeführt, so dass der Ejektor 16 im Abluftrohr 11 nach dem Venturi-Prinzip in Richtung des Pfeiles 18 eine Luftströmung erzeugt, welche die aus der Hohlwelle 2 abzuführende Abluft (Pfeile 15) mitreisst.
Diese im Stand der Technik vorbekannte Entlüftungseinrichtung 10 ist einerseits wegen eines erhöhten Gewichtes des Triebwerkes und andererseits wegen eines erhöhten Energieaufwandes nachteilig, der den Wirkungsgrad des Verdichters 8 reduziert.
Der in 2 dargestellte schematische Längsschnitt durch das Strahltriebwerk entspricht demjenigen nach 1, jedoch ist in 2 die Entlüftungseinrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet. Die Entlüftungseinrichtung 20 ist aus einem am freien Ende der Hohlwelle 2 und in der Hohlwelle 2 fest angeordneten und mit der gemäß Pfeil 21 umlaufenden Hohlwelle 2 rotierenden Laufschaufelrad (Rotorimpeller) 22 sowie einem dem Laufschaufelrad 22 zugeordneten Leitschaufelrad (Statorimpeller) 23 gebildet, das im Abluftrohr 11 angeordnet ist. Das Laufschaufelrad 22 saugt, unterstützt vom Leitschaufelrad 23 die gemäß den Pfeilen 15 in der Hohlwelle 2 befindliche Abluft aus den Lagerkammern 6, 7 ab. Es entsteht ein Sog, ähnlich wie bei dem Fan eines Strahltriebwerkes.
Wie es die 3 bis 5 zeigen, bestehen das Laufschaufelrad 22 und das Leitschaufelrad 23 jeweils aus mehrflügligen Impellern, die aus Leichtbaumaterial, wie insbesondere Titan, Aluminium u. dgl., bestehen und in die Hohlwelle 2 bzw. das Abluftrohr 11 eingebaut sind.
Die 3 zeigt linksseitig den Triebwerksrotor 24, der mit der Hohlwelle 2 verbunden ist, und rechtsseitig das Gehäuse 3, mit dem das Abluftrohr 11 verbunden ist. Zwischen den freien Enden der Hohlwelle 2 und dem Abluftrohr 11 ist eine Abdichtung 25 angeordnet.
Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Entlüftungseinrichtung 20 werden das Bauvolumen verkleinert und das Gewicht und die Herstellungskosten des Triebwerkes reduziert. Es entfällt die Entnahme von Verdichterluft, wodurch der Wirkungsgrad des Verdichters 8 ansteigt. Ferner wird die Anzahl der benötigten Bauteile verringert. Schließlich wird die Absaugung der Abluft aus den Lagerkammern 6, 7 als Abluft aus der Hohlwelle 2 auch während verschiedener Lastzustände des Triebwerkes sichergestellt.

1: Triebwerksachse
2: Hohlwelle
3: Gehäuse
4, 5: Wellenlager
6, 7: Lagerkammer
8: Verdichter
9: Turbine
10: Entlüftungseinrichtung
11: Abluftrohr
12: Verbindungsleitung
13: Schaltventil
14: Abluftöffnung
15: Pfeil
16: Ejektor
17,18: Pfeil
19: Abgaskonus
20: Entlüftungseinrichtung
21: Pfeil
22: Laufschaufelrad (Rotorimpeller)
23: Leitschaufelrad (Statorimpeller)
24: Triebwerksrotor
25: Abdichtung

Claims

Strahltriebwerk mit mindestens einer, durch mindestens ein Wellenlager im Gehäuse des Triebwerkes gelagerten, axialen Hohlwelle, mit mindestens einer, durch Druckluftzufuhr unter Überdruck gehaltenen Lagerkammer für das Wellenlager, mit der Lagerkammer zugeordneten Abluftöffnungen im Mantel der Hohlwelle und mit einer Entlüftungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung (20) aus einem in der Hohlwelle (2) fest angeordneten und mit der Hohlwelle (2) rotierenden Laufschaufelrad (22) gebildet ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufschaufelrad (22) am freien Ende der Hohlwelle (2) angeordnet ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem freien Ende der Hohlwelle (2) ein mit dem Gehäuse (3) des Triebwerkes fest verbundenes, dem Laufschaufelrad (22) angepasstes festes Leitschaufelrad (23) zugeordnet ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lauf- und das Leitschaufelrad (22, 23) aus jeweils mehreren Flügeln bestehen.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material von Lauf- und Leitschaufelrad (22, 23) ein Leichtbaumaterial, wie insbesondere Titan, Aluminium od. dgl. ist.