-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggasturbine bzw. ein Fluggasturbinen-Triebwerk mit zumindest einem Zusatzaggregat.
-
Der Stand der Technik zeigt Konstruktionen, bei welchen Zusatzaggregate, beispielsweise Pumpen, über zumindest eine Triebwerkswelle, meist eine Niederdruckwelle oder eine Hochdruckwelle, angetrieben werden. Der Antrieb erfolgt dabei mechanisch mittels Zwischenwellen, welche jeweils an ihren Endbereichen mit Getrieben versehen sind. Die Zwischenwellen erstrecken sich im Wesentlichen radial. Es ist deshalb erforderlich, über Kegelradgetriebe oder Ähnliches die Antriebsrichtung umzuleiten. Weiterhin benötigen die bekannten Konstruktionen relativ viel Platz, bedingt auch durch zusätzliche Lager der Getriebe sowie der Zwischenwellen selbst. Es ergibt sich zum einen der Nachteil, dass derartige Anordnungen einen nicht unerheblichen Platzbedarf erfordern und dass zum anderen der Wirkungsgrad durch die mehrfache Umleitung der Antriebsrichtung und die zwischengeschalteten Getriebe niedrig ist. Weiterhin ergeben sich hinsichtlich des Gesamtgewichts Nachteile. Ein zusätzlicher Nachteil besteht darin, dass die bekannten Anordnungen einen hohen Fertigungsaufwand und Wartungsaufwand erfordern.
-
Weiterhin ist es nachteilig, dass für die Durchleitung der Zwischenwellen durch Streben oder ähnliche Bauelemente der Strömungsverlauf durch die Gasturbine ungünstig beeinflusst wird. Auch hierdurch ergeben sich Verluste im Wirkungsgrad der gesamten Gasturbine.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluggasturbine mit einem Antrieb für Zusatzaggregate zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere einen guten Wirkungsgrad aufweist.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass zumindest eine Triebwerkswelle mit zumindest einer Fluidpumpe betriebsverbunden ist. Diese Fluidpumpe ist erfindungsgemäß eine Hydraulikpumpe oder eine Pneumatikpumpe. Die Fluidpumpe ist mit zumindest einer Zuführleitung und zumindest einer Rückführleitung verbunden, welche wiederum mit einem mit Antriebsenergie zu versorgenden Bauteil verbunden sind. Das mit Antriebsenergie zu versorgende Bauteil kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein Hydraulikmotor oder ein Pneumatikmotor sein, welcher weitere Zusatzaggregate antreibt.
-
In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuführleitung und/oder die Rückführleitung und/oder die Fluidpumpe mit zumindest einer Regel- oder Steuereinrichtung versehen ist, um die Fluidmenge und damit die zu übertragende Energie zu regeln oder zu steuern.
-
Erfindungsgemäß kann die Leistung der Fluidpumpe kontinuierlich oder diskontinuierlich abgegeben bzw. entnommen werden.
-
Die erfindungsgemäß mit der Fluidpumpe gekoppelte Triebwerkswelle ist bevorzugterweise eine Niederdruckwelle. Hierbei kann es in günstiger Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein, die Verbindung zwischen der Fluidpumpe und der Triebwerkswelle über eine Getriebeeinheit zu realisieren, um eine geeignete Drehzahlanpassung vorzunehmen und damit die Fördermenge der Fluidpumpe zu beeinflussen.
-
Besonders günstig ist es, wenn die Fluidpumpe am Einströmbereich der Gasturbine angeordnet ist. Zum einen ist in diesem Bereich ein ausreichender Bauraum vorhanden, zum anderen ergeben sich nur sehr geringe Temperaturbeaufschlagungen, so dass auf zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung verzichtet werden könnte, oder sich ein Kühleffekt durch einströmende sowie ausströmende Luft in den Nabenkonus im Bereich des Fans 12 einstellt.
-
Die Zuführleitung und/oder die Rückführleitung können entweder innerhalb der Triebwerkswelle oder zu dieser parallel im zentrischen Bereich der Gasturbine verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die Zuführleitung und/oder die Rückführleitung im Wesentlichen radial nach außen zu führen, um außerhalb des Kerntriebwerks und/oder außerhalb eines Nebenstromkanals angeordnete Zusatzaggregate anzutreiben. Erfindungsgemäß versteht es sich, dass die zumindest eine Zuführleitung sowie die zumindest eine Rückführleitung auch mit Abzweigungen oder Ähnlichem versehen werden können, um mehrere Zusatzaggregate anzutreiben.
-
Erfindungsgemäß ergibt sich somit der erhebliche Vorteil, dass im Durchmesser relativ klein dimensionierte Zuführleitungen oder Rückführleitungen vorgesehen werden können, so dass der benötigte Bauraum gering gehalten wird. Dies führt beispielsweise bei einer Durchleitung der Zuführleitung und/oder der Rückführleitung durch Streben oder Ähnliches zu einer strömungsgünstigen Dimensionierung derselben. Insgesamt ergibt sich somit, im Vergleich zu den aus den aus dem Stand der Technik bekannten mechanischen Lösungen ein sehr geringer Platzbedarf. Zusätzlich ergibt sich eine Gewichtsreduzierung der gesamten Gasturbine.
-
Durch die geringen Durchmesser der Zuführleitung und/oder der Rückführleitung ergibt sich weiterhin die Möglichkeit, diese strömungsgünstig durch die Strömungskanäle (bevorzugt im Inneren von Streben oder Ähnlichem) durchzuführen, so dass das gesamte Strömungsverhalten der Gasturbine nicht beeinträchtigt wird.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fluggasturbine mit pneumatischem oder hydraulischem Antrieb von Zusatzaggregaten;
-
3 eine Ansicht, ähnlich 2, eines weiteren Ausführungsbeispiels;
-
4 eine vergrößerte Teil-Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fluidpumpe; und
-
5 eine Schnittansicht längs der Linie A-A von 4.
-
Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
-
Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.
-
Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
-
Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung. Sie zeigt eine Fluggasturbine mit einem Fan 12, welcher von einer Niederdruckwelle 29 angetrieben wird, welche mit einer Niederdruckturbine 18 verbunden ist. Auf der Niederdruckwelle 29 ist eine Getriebeeinheit (Getriebe) 37 aufgeflanscht, welche eine Fluidpumpe 31 antreibt. Diese ist mit einer Zuführleitung 32 und einer Rückführleitung 33 verbunden, welche wiederum mit einem Motor (Hydraulikmotor oder Pneumatikmotor) 34 verbunden ist. Der Motor 34 ist mit Zusatzaggregaten (Bauteile 35) verbunden und treibt diese an. In weiterer Ausführung kann die Getriebeeinheit 37 auch von der Haupttriebwerkswelle 30 (Hochdruckwelle) angetrieben werden.
-
Das Ausführungsbeispiel der 2 zeigt in schematischer Darstellung die Durchführung der Zuführleitung 32 und der Rückführleitung 33 durch eine innere Strebe 38 (Tragelement), welche im Strömungskanal des Kerntriebwerks verläuft, sowie durch eine äußere Strebe 39 (Tragelement), welche in einem Nebenstromkanal 40 (siehe auch 3) verläuft.
-
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind stirnseitig an der Niederdruckwelle 29 ein statischer Bereich 41 der Fluidpumpe sowie ein rotierender Bereich 42 der Fluidpumpe angeordnet. Diese werden nachfolgend in Verbindung mit den 4 und 5 im Einzelnen erläutert. Der statische Bereich 41 sowie der rotierende Bereich 42 sind innerhalb eines Anströmkonus 36 angeordnet und nutzen somit den dort zur Verfügung stehenden Freiraum.
-
Die 3 zeigt weiterhin in schematischer Darstellung eine Lageranordnung 45 des rotierenden Bereichs 42 der Fluidpumpe 31. Die Zuführleitung 32 und die Rückführleitung 33 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel zentrisch zu der Triebwerksachse 1 und treten im Bereich eines Turbinenauslassgehäuses 43 radial aus. Die 3 zeigt mit dem Bezugszeichen 44 einen Kühlfluidauslass, beispielsweise einen Kanal zum Auslass von Lageröl oder Ähnlichem. Weiterhin ist eine Röhre 46 dargestellt, welche eine statische Drehmomentröhre bildet, die an einem statischen, nicht drehenden Gehäusebereich der Gasturbinen gelagert ist. Die gesamte Anordnung befindet sich somit innerhalb der Niederdruckwelle 29 sowie der Hochdruckwelle 30. Das Drehmoment wird über eine Drehmomentröhre in das Triebwerkgehäuse geleitet. Die Hauptlasten werden über Lager 45 auf die Niederdruckwelle geleitet. Diese Drehmomentenröhre 46 bildet im 3 einen Teil der Rückführungsleitung 33 in dessen inneren konzentrisch die Zuführleitung 32 verläuft.
-
Die 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Hydraulikpumpe. Diese umfasst eine Abdeckung 47, welche stirnseitig an der Niederdruckwelle 29 angebracht und über eine Dichtungsanordnung 48 abgedichtet ist. Die 4 zeigt weiterhin eine äußere Röhre 49, welche auch Teil der statischen Röhre 46 sein kann. Innerhalb der äußeren Röhre 49 ist eine innere Röhre 50 angeordnet, welche mit der äußeren Röhre 49 verbunden ist. Der Pfeil 51 zeigt die Strömungsrichtung von Hydrauliköl, welches von der Pumpenanordnung abgefordert wird, während der Pfeil 52 rückströmendes Hydrauliköl darstellt, welches zwischen der äußeren Röhre 49 und der inneren Röhre 50 strömt. Mit dem Bezugszeichen 53 ist eine Lageranordnung dargestellt, welche durch Ausformungen der Drehmomentröhre 49 getragen wird und zur Lagerung eines kleinen Zahnrades 54 dient. Das kleine Zahnrad 54 wird von einem Schmiermittelkanal 55 durchströmt, welcher sich an den radialen Schmiermittelkanal 56 anschliesst. Lager 57 lagern das kleine Zahnrad 54 und werden von einem Lagerbock 58 gehalten. Das Bezugszeichen 59 zeigt eine Distanzhülle. Weiterhin ist eine Dichtungsanordnung 60 vorgesehen, welche zur Abdichtung einer Lageranordnung 61 dient, welche die äußere Röhre 49 gegenüber der Niederdruckwelle 29 abdichtet. Die äußere Röhre 49 bildet hier die Drehmomentröhre.
-
Das Bezugszeichen 62 bezeichnet ein äußeres Zahnrad, welches einstückig mit der Niederdruckwelle 29 verbunden ist. Somit zeigt die 4 eine Zahnradpumpe. Details sind in der Schnittansicht der 5 dargestellt. Dabei sind drei Schrauben 63 ersichtlich, welche die Abdeckung 47 sichern. Das Bezugszeichen 64 zeigt zwei Sicherungsbolzen 64, welche an der Vorderseite der äußeren Röhre 49 angeordnet sind, um die Abdeckung 47 zu positionieren. Das Bezugszeichen 65 zeigt einen Pumpeneinlass bzw. Pumpenauslass, abhängig von der Drehrichtung der Pumpe.
-
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich somit eine geringe Baugröße der Gasturbine. Es ist möglich, die Lage und Anordnung der Zusatzaggregate beliebig zu wählen, da die Zuführleitung 32 und die Rückführleitung 33 jeweils in beliebiger Geometrie und beliebiger Länge vorgesehen sein können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Triebwerksachse
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 11
- Lufteinlass
- 12
- im Gehäuse umlaufender Fan
- 13
- Zwischendruckkompressor
- 14
- Hochdruckkompressor
- 15
- Brennkammern
- 16
- Hochdruckturbine
- 17
- Zwischendruckturbine
- 18
- Niederdruckturbine
- 19
- Abgasdüse
- 20
- Leitschaufeln
- 21
- Triebwerksgehäuse
- 22
- Kompressorlaufschaufeln
- 23
- Leitschaufeln
- 24
- Turbinenschaufeln
- 26
- Kompressortrommel oder -scheibe
- 27
- Turbinenrotornabe
- 28
- Auslasskonus
- 29
- Niederdruckwelle
- 30
- Hochdruckwelle/Haupttriebwerkswelle
- 31
- Fluidpumpe
- 32
- Zuführleitung
- 33
- Rückführleitung
- 34
- Hydraulik- oder Pneumatikmotor
- 35
- Bauteil/Zusatzaggregat
- 36
- Anströmkonus
- 37
- Getriebeeinheit/Getriebe
- 38
- Tragelement/innere Strebe
- 39
- Tragelement/äußere Strebe
- 40
- Nebenstromkanal
- 41
- Statischer Bereich der Fluidpumpe
- 42
- Rotierender Bereich der Fluidpumpe
- 43
- Turbinenauslassgehäuse
- 44
- Kühlfluidauslass (beispielsweise für Öl)
- 45
- Lageranordnung
- 46
- Statische Drehmomentröhre
- 47
- Abdeckung
- 48
- Dichtungsanordnung
- 49
- Äußere Röhre (Drehmomentröhre)
- 50
- Innere Röhre
- 51
- Pfeil
- 52
- Pfeil
- 53
- Lageranordnung
- 54
- Kleines Zahnrad
- 55
- Schmiermittelkanal
- 56
- Schmiermittelkanal
- 57
- Lager
- 58
- Lagerbock (Teil der Abdeckung 47)
- 59
- Distanzhülle
- 60
- Dichtungsanordnung
- 61
- Lageranordnung
- 62
- Äußeres Zahnrad
- 63
- Schraube
- 64
- Bolzen
- 65
- Einlass/Auslass
