DE1032605B - Turbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Turbinenstrahltriebwerk

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DE1032605B
DE1032605B DEB37809A DEB0037809A DE1032605B DE 1032605 B DE1032605 B DE 1032605B DE B37809 A DEB37809 A DE B37809A DE B0037809 A DEB0037809 A DE B0037809A DE 1032605 B DE1032605 B DE 1032605B
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DE
Germany
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turbine
low
pressure
jet engine
shaft
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Pending
Application number
DEB37809A
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English (en)
Inventor
Sc Techn H C Eth Alfred Bue Dr
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SC TECHN H C ETH ALFRED BUECHI
Original Assignee
SC TECHN H C ETH ALFRED BUECHI
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Publication date
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Publication of DE1032605B publication Critical patent/DE1032605B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/06Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages
    • F02C3/067Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising only axial stages having counter-rotating rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Turbinenstrahltriebwerk Turbinenstrahltriebwerk in Einkreisausbildung, bei denen zwei in entgegengesetzter Richtung laufende Turbinenräder in je gleicher Richtung laufende Verdichterräder mittels zweier ineinander gelagerter Wellen unmittelbar antreiben, sind mehrfach bekanntgeworden.
  • Die gegenläufige Ausbildung der Turbinenräder hat den Vorteil, daß zwischen denselben kein Leitrad erforderlich ist, weshalb für die Turbine eine kompaktere Bauart erreicht wird und die Strömungsverluste kleiner ausfallen. Die Einkreisausbildung solcher Triebwerke, wo das ganze Druckmittel durch den ganzen Kompressor, die Brennkammern und die beiden Turbinenräder strömt, ist ebenfalls bekannt. Ähnlich wie bei den gegenläufigen Turbinenrädern fällt dabei das sonst zwischen dein ersten und dem zweiten Verdichterlaufradsatz anzuordnende Leitrad weg, wobei der Vorderteil wiederum darin besteht, daß das Turbinenstrahltriebwerk in seinem Aufbau erheblich vereinfacht und eine besonders kurze und kompakte Bauart erzielt wird. Ineinander angeordnete Wellen sind an und für sic#h bekannt. Die Lagerung der inneren und äußeren Welle stellt jedoch Probleme an den Konstrukteur, wofür Lösungen vorgeschlagen worden sind, die unter sich in weiten Grenzen voneinander abweichen.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Wirkungsgrad des Triebwerkes zu verbessern, insbesondere soll in den Brennkammern mit höheren Gasdrücken und Temperaturen gearbeitet werden können und trotzdem in der Turbine keine über das zulässige Maß hinausgehenden Wärmebeanspruchungen auftreten.
  • Ausgehend von einer an sich bekannten gruppenweisen Aufteilung der Gesamtstufenzahl der gegenläufigen Verdichterlaufräder in zwei verschieden große Druckstufensätze besteht die Lösung der gestellten Aufgabe neuerdings gemäß der Erfindung darin, daß das Hochdruckturbinenrad ein Verdichterrad mit größerer Druckstufenzahl und das Niederdruckturbinenrad ein Verdichterrad mit kleinerer Druckstufenzahl antreibt.
  • Dell Nachweis, daß die erfindungsgemäße Neuerung bei Verwendung eines einstufigen Hochdruckturbinenrades tatsächlich die Lösung der gestellten Aufgabe darstellt, noch vorbehaltend, kann also für das Hochdruckturbinenrad und seine Beschaufelung entweder Material kleinerer Wärmefestigkeit verwendet werden oder bei Verwendung von gleich hoch hitzebqständigern Material die Temperatur des Treibmittels in den Brennkammern höher als bei bisherigen Maschinen gehalten werden, was z. B. eine stärkere Brennstoffzufuhr oder die Verwendung einer kleineren Treibgasmenge zuläßt. Durch die erstere Maßnahme wird die Leistung des Turbinenstrahltr' ebwerkes verfTrößert oder bei gleicher Leistung eine Verkleinerung t' seiner Abmessungen erhalten. Dies ist aus gewichtsmäßigen und preislichen Gründen und wegen des dann erzielbaren kleineren Außendurchmessers des Strahltriebwerkes vorteilhaft. Das Triebwerk weist dann einen erheblich kleineren Luftwiderstand auf, was zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Flugzeuges beiträgt.
  • Schon aus der vorgegebenen Reihenfolge - Verdichter, Brennkammern, Turbine und Schubdüse - ergibt sich bei der Verwendung ineinander angeordneter Wellen die Anordnung, daß die Hochdruckräder (Turbine und Verdichter) auf der äußeren Welle und die Niederdruckräder auf der inneren Welle befestigt sind, wodurch bei Einkreisausbildung des Triebwerkes eine möglichst einfache und kompakte Bauart erzielt wird. Diese Anordnung ist aber auch deshalb zu bevorzugen, weil bei einem Turbinenstrahltriebwerk es vorteilhaft ist, mittels einer kleinen Anzahl von Niederdruckverdichterstufen einen günstigen Einfluß auf die Druckmittelgeschwindigkeit vor dem Hochdruckverdichtergebläserad auszuüben.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinenstrahltriebwerk in Einkreisausbildung, bei dem zwei in entgegengesetzter Richtung laufende Turbinenräder mit demselben in je gleicher Richtung laufende Verdichterräder mittels zweier ineinander gela 'gerter Wellen unmittelbar antreiben und bei dem die Hochdruckturbine einstufig ausgeführt ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckverdichter weniger Druckstufen aufweist als der Hochdruckverdichter.
  • Der obenerwähnte Nachweis ist auf eine einstufi-e Ausführung der Hochdruckturbine begrenzt. Der Antrieb der größeren Zahl von Hochdruckverdichterradstufen erfordert mehr 1--,iiergie als der Antrieb der kleineren Zahl von Niederdruckverdichterräderii.
  • Nach dein Haupti-nerkirial der Erfindung iiiuP) eiitsprechend einer größeren Anzahl Druckstufen das Hochdruckturbine nrad relativ viel Energie liefern, und dies bedeutet, daß der Gasdruck und die Gastemperatur am Verbrennungskammeraustritt je nach dem Reaktionsgrad der Beschaufelung im eiii.ctuCic#cii Hochdruckturbinenrad stark gesenkt werden. Die \olitteltemperatur im Hochdruckturbinenrad und ini Leitrad für dasselbe stellt sich deshalb gegenüber den bekannten Ausführungen erheblich tiefer. Damit ist der erwähnte Nachweis auf Grund tlierniodynamischer Erkenntnis erbracht.
  • In bezug auf-die Lagerung bei einer Ausführung, bei der die innere Welle von der *äußeren Welle teilweise getragen wird, ergeben sich außer dein therniot' dynamischen noch wei ere Vorteile.
  • Es kann die innere Welle über zwei zwischen Xiederdruckverdichter und Niederdruckturbine an-eordneten gegenläufigen Lagerstellen innerhalb der Außenwelle, sogenannte Nebenlager, von der äußeren Welle getragen werden, die ihrerseits zwischen Niederdruckverdichter und Niederdruckturbilie zwei mit dein Gehäuse verbundene Festlager aufweist. Diese Ausführung ist an und für sich bekannt, ein selbständiger Schutz wird dafür nicht beansprucht; diese Anordnung im Zusammenhang mit dem Hauptmerkmal der Erfindung gewinnt aber eine besondere Bedeutung, wenn für die innere Welle die Verwendung eines Festlagers vor dem Niederdruckverdichter in Betracht gezogen wird. Es entsteht dabei der Vorteil, daß der Abstand zwischen dein Nebenlager und dein Festlager, weil erfindungsgemäß nur ###-eiiig Niederdruckstufen vorhanden sind, relativ klein ausfällt. Die Umfassung der verhältnismäßig dünnen inneren Welle durch die äußere Welle nahe dem Festlager der inneren Welle erzeugt einen ruhigen Lauf des Rotorsysterns mit einer bedeutend höher liegenden Eigenschwingungszahl.
  • Die Fest- und Nebenlager können derart koaxial angeordnet sein, daß die Lagerzentren annähernd zusammenfallen.
  • Die Verbindung des Niederdruckverdichterrades mit der inneren Welle kann mittels einer über die innere Welle geschobenen, an der Stirnseite derselben drehfest in axialer Richtung verschraubten Hülse ausgeführt sein, und diese Hülse kann den gleichen Außendurchmesser wie die dazu koaxiale äußere Welle aufweisen.
  • Die Erfindung wird an Hand einer schematischen Darstellung einer Ausführungsform erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt eines Strahltriebwerkes mit Axialverdichter und Axialturbine. Das Triebwerkgehäuse ist mit A angedeutet, der Lufteintritt mit B, der Brennkammer mit G und der Austrittsöffnung mit D.
  • In der Zeichnung ist 1 das innere Turbinenlaufrad mit seiner Axialbeschaufelung 2.
  • Dieses Rad 1 ist auf dem äußeren Wellenteil 3 mittels des Keiles 4 aufgekeilt.
  • Der Wellenteil 3 ruht in einem Lager 5 mit seinen Lagerschalen 6 und 7. Der Wellenteit 3 ist in einem Wellenteil Z> 8 verschraubt, auf welchem die Axialverdichterräder 9, 9', 92 und 93 befestigt sind. Dieser Wellenteil ist ferner durch die feststehende Leitschaufelscheibe 10 und durch ihre Lagerschale 11 unterstützt.
  • Das ans der Lagerschale 11 abspritzende 01 wird durch die an der Scheibe 10 festgemachten Fangvorrichtungen 12 und 13 aufgefangen und nach außen geführt.
  • Den Axialbeschaufelungen 14, 14', 142, 143 ist je eine feststehende Leitbeschaufelung 15, 15', 152, 153 nachgeschaltet.
  • Das äußere Turbinenrad 30 trä-t eine ,#xialbeschaufelung 31 und ist auf der Welle 32 mittels des Keiles 33 und der Mutter 34 befestigt.
  • Diese Welle 32 ist im Lager 35 de s äußeren Wellenteiles 3 gelagert sowie im Lager 36 des äuMeren Wellenteiles 8, aunäliernd an der gleichen Stelle, wo sich außerhalb desselben das Lager 11 befindet.
  • Der Austritt von Schmieröl aus dein lZatim zwischen den Wellen 3, 8 und 32 wird durch Labvrinthdichtung 37 und 38 verhindert.
  • Zu diesen Labyrintlidichtungen wird Sperrluft aus ([ein Verdichter durch nicht ge7eichnete Bohrungen zugeführt.
  • Das Schmieröl der Lager 35 und 36 verläßt die äußere Welle 8 durch die Bohrung 39 und gelangt ins Sammelgehäuse 40, von wo es nach Kühlung und Filtrierung zur Wiederverwendung koninit.
  • E, in Teil des Axialschubes des Hochdruckverdichters wird von einen-i Kolben 41 aufgenommen.
  • Auch das erste Turbinenrad 1 besitzt einen solchen Ausgleichskolben42 zum ähnlichen Zweck. Die Leitradscheibe 10 kann ein- oder zweiteilig, wie angledeutet, ausgeführt werden. Am vorderen Ende der inneren Welle 32 sitzt eine Büchse 50, welche init der Schraube 51 auf der Welle 32 befestigt ist.
  • Auf dieser Büchse 50 sind zwei Axiallaufräder 52 und 52' mit ihren Axialbeschaufelungen 53 und 53' befestigt.
  • Zwischen diesen ist ein Leitrad 54 im Triebwerkgehäuse A untergebracht.
  • Die Räder 52 und 52' haben gegeuläufige Drehrichtung zu den Rädern 9, 9', 92 -, 93, welche erfindungsgemäß in größerer Zahl vorhanden sind.
  • Vor dem Rad 52' ist im Triebwerkgehäuse A noch ein Leitrad 55 mit seiner Beschaufelung 56 untergebracht.
  • Das Leitrad 55 hat in seiner 2,#Tal)e ein Kugellager 57, welches zur Führung des Wellenteiles 50 und damit der inneren Welle 32 dient.
  • Der innere Lauf ring des Lagers 57 wird durch die Scheibe 58 und die Schraube 51 bei seiner Lagerstelle an Büchse 50 und somit an Welle 32 gepreßt.
  • Die Olzufuhr zu den Lagern 57, 35, 36 erfolgt durch die Leitung 59 und das Gehäuse 60.
  • Für die La,-er 35 und 36 sind Bohrungen 61 in der inneren Welle 32 angeordnet.
  • Bei einem Triebwerk nach der Zeichnung gelangt die Luft durch die Triebwerköffnun- B vorer st zum Leitrad 55 und dann sukzessive durch die übrigen Stufen des Verdichters zum Brennraum C, dann zur gegenläufigen Turbine 2 und nachher bei D zum Düsenaustritt, wo der Schub der austretenden Gase den das Triebwerk enthaltenden Flugkörper vorwärts treibt.

Claims (2)

  1. PATENTANSPROCIIE: 1. Turbinenstrahltriebwerk in E inkreisausbildung, bei dem zwei in entgegengesetzter Richtung laufende Turbinenräder mit denselben in je gleicher Richtung laufende Verdichterräder mittels zweier ineinander gelagerter Wellen unmittelbar antreiben und bei dem die Hochdruckturbine einstufig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckverdichter weniger Druckstufen aufweist als der Hochdruckverdichter.
  2. 2. Turbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Welle über zwei zwischen Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine angeordnete Nebenlager von de-£ #in(#e£en Welle getragen wird, die ihrerseits zwischen Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine zwei mit dem Gehäuse verbundene Festlager aufweist und die innere Welle vor dem Niederdruckverdichter ein mit dem Gehäuse verbundenes Festlager hat. 3. Turbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fest- und Nebenlager derart koaxial angeordnet sind, daß die Lagerzentren annähernd zusammenfallen. 4. Turbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Niederdruckverdichterrades mit der inneren Welle mittels einer über die innere Welle geschobenen, an der Stirnseite dieser Welle drehfest in axialer Richtung verschraubten Hülse ausgeführt ist und daß die Hülse annähernd den gleichen Außendurchmesser wie die dazu koaxiale äußere Welle aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 263472; französische Patentschriften Nr. 919275, 879123; britische Patentschrift Nr. 650710; USA.-Patentschriften Nr. 2608821, 2575682, 2 430 399; Motortechnische Zeitschrift, 6. jahrg. (1944), S. 123, 124; j. Kruschik, »Die Gasturbine«, Springer, Wien 1952, S. 29 bis 55.
DEB37809A 1952-05-06 1952-09-16 Turbinenstrahltriebwerk Pending DE1032605B (de)

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767269A (en) * 1984-11-29 1988-08-30 Ab Volvo Penta Rotor system, particularly a boat propeller system

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