DE1217140B

DE1217140B - Gasturbinenstrahltriebwerk mit zusaetzlichem Kompressor

Info

Publication number: DE1217140B
Application number: DER30969A
Authority: DE
Inventors: Frederick William Walto Morley
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1960-08-25
Filing date: 1961-08-21
Publication date: 1966-05-18

Description

Gasturbinenstrahltriebwerk mit zusätzlichem Kompressor Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Kompressor, mit einer Turbine und mit einer ersten Welle, die den Kompressor und die Turbine verbindet, und mit einem zusätzlichen Kompressor auf einer zweiten Welle, die von der ersten Welle über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, wobei das Untersetzungsgetriebe ein mit der ersten Welle koaxiales und von dieser angetriebenes Ritzel aufweist, und die zweite Welle mit einem zu ihr koaxialen, innen verzahnten Kranz verbunden ist.
Bei sämtlichen bekannten Gasturbinenstrahltriebwerken mit zusätzlichem Kompressor liegt die zweite, den zusätzlichen Kompressor antreibende Welle koaxial zu der antreibenden ersten Welle, und es sind schwere Rädergetriebe mit Vorgelegewellen oder ebenso schwere und konstruktiv aufwendige Planetenradgetriebe mit zahlreichen Lagerstellen erforderlich, um die Drehzahl des zusätzlichen Kompressors auf einen Wert zu bringen, der die gewünschte Umfangsgeschwindigkeit ergibt.
Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk der vorstehend erwähnten Gattung dadurch vermieden, daß zur Bildung eines an sich bekannten Innengetriebes die Längsachse der zweiten Welle des zusätzlichen Kompressors um einen durch .den Wälzkreis-Radienunterschied der beiden unmittelbar miteinander kämmenden Zahnreihen des Ritzels bzw. innen verzahnten Kranzes gegebenen Abstand seitlich versetzt zur Längsachse der ersten Welle angeordnet ist und daß der zusätzliche Kompressor mit einem stromunterseitigen Lager ausgestattet ist, das in der Ebene durch die Zahnreihe des innen verzahnten Kranzes liegt, und daß die das Ritzel tragende Welle mit einem stromoberseitigen Lager ausgestattet ist, das in der Nähe des stromunterseitigen Lagers des zusätzlichen Kompressors liegt.
Hierdurch wird erreicht, daß das Getriebe einfacher und leichter als die bisher für diesen Zweck benutzten Getriebe wird und einen höheren Wirkungsgrad als diese aufweist. Dabei ist die Anordnung von nur zwei Lagerstellen von besonderem Vorteil. Diese beiden Lager haben tatsächlich nur die Lagerbelastung aufzunehmen und brauchen keinen zusätzlichen Belastungen standzuhalten, die von Biegemomenten der Wellen herrühren, die die Räder tragen. Aus diesem Grunde können auch die Lager leichter gestaltet werden.
Der Erfindung liegt demgemäß die Erkenntnis zugrunde, daß durch seitliche Versetzung der Drehachse des zusätzlichen Kompressors gegenüber der Drehachse des Triebwerks eine besonders einfache und betriebssichere Anordnung geschaffen werden kann, und es hat sich gezeigt, daß entgegen der herrschenden Meinung die Konzentrizität der Kompressorwellen keine notwendige Bedingung bei dem Bau eines Triebwerkes mit zusätzlichem Kompressor ist, sondern auch bei seitlicher Versetzung, die Strömungsführung einfach beherrscht werden kann.
Das Antriebsritzel kann aus einem Stück mit der ersten Welle bestehen und an deren Vorderteil angeordnet sein, wobei der Zahnkranz ein Teil des stromunterseitigen Endes des Rotors des zusätzlichen Kompressors ist.
Statt dessen kann das Antriebsritzel auch auf einer besonderen Welle angeordnet sein, deren Längsachse konzentrisch zur Längsachse der ersten Welle liegt, wobei die besondere Welle von der ersten Welle über eine Kupplung angetrieben wird. Mittels der Kupplung kann bei Nichtbedarf der zusätzliche Kompressor außer Betrieb gesetzt werden.
Die Verzahnung des Untersetzungsgetriebes ist dabei vorzugsweise eine Spiralverzahnung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Triebwerk in der Weise ausgebildet, daß ein Teil der in dem zusätzlichen Kompressor oder dem Gebläse verdichteten Luft nach dem Hochdruckkompressor und von dort nach der Verbrennungseinrichtung strömt und dann die Turbine antreibt, bevor ein Ausströmen in die Atmosphäre erfolgt, daß die übrige, von dem zusätzlichen Kompressor oder Gebläse komprimierte Luft einem Kanal zugeführt und im Nebenschluß an der Verbrennungseinrichtung und der Turbine vorbeigeführt und mit den aus der Turbine stromunterseitig derselben austretenden heißen Gasen vermischt wird.
Nachstehend werden an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt eines er-. findungsgemäßen Gasturbinenstrahltriebwerks, F i g. 2 einen axialen Schnitt des vorderen Teils eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit Untersetzungsgetriebe, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig.2, F i g. 4 einen axialen Schnitt eines mit zwei Wellen ausgestatteten erfindungsgemäßen Triebwerks. Das Gasturbinentriebwerk 10 weist einen Hochdruckkompressor 11 auf, der von einer Turbine 12 über eine erste Welle 13 angetrieben wird. Die Welle 13 treibt außerdem einen Niederdruckkompressor oder ein Gebläse 14 über ein Untersetzungsgetriebe 16 an.
Die von dem Niederdruckkompressor oder dem Gebläse 14 komprimierte Luft wird in zwei Strömungspfade aufgeteilt. Einer dieser Pfade verläuft durch den Hochdruckkompressor 11, wo die Luft weiter komprimiert wird, bevor sie in die Verbrennungseinrichtung 15 eintritt, in der Brennstoff in dieser Luft verbrannt wird. Die heißen aus der Verbrennungseinrichtung austretenden Gase treten durch die Turbine 12 hindurch, treiben diese an und werden als Schubstrahl durch eine Schubdüse 17 in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Rest der in dem Niederdruckkompressor oder Gebläse 14 verdichteten Luft wird über eine Nebenschlußführung 18 geleitet und in den heißen Schubgasstrom über Mischöffnungen 19 eingeblasen, die stromunterseitig der Turbine 12 angeordnet sind. Das stromoberseitige Ende der Innenwand der Nebenschlußführung 18 ist mit einer Lippe 18 a ausgestattet, die ringsum laufend ausgebildet sein kann, um einen gleichmäßigen Lufteintritt in die Nebenschlußführung 18 zu gewährleisten. Das Untersetzungsgetriebe 16 ist im einzelnen in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Es weist einen innen verzahnten Zahnkranz 20 auf, der das stromunterseitige Ende einer Rotorwelle 21 bildet, auf welcher -die Rotorbeschaufelung des Niederdruckkompressors oder Gebläses 14 angebracht ist. Die Rotorwelle 21 ist in Schublagern 22 am stromoberseitigen Ende und in Kugelagern 23 gelagert, die in der Ebene des Zahnkranzes 20 angeordnet sind. Die Längsachse der Rotorwelle 21 ist mit 24 bezeichnet.
Mit dem Zahnkranz 20 steht ein Ritzel 25 in Antriebsverbindung, das auf dem stromoberseitigen Ende einer Welle 26 befestigt ist oder mit dieser aus einem Stück besteht. Die Welle 26 ist in einem Kugellager 27 und eine Schublager 28 gelagert. Ihre Längsachse liegt konzentrisch zur Längsachse der ersten Welle 13, und diese Achse ist mit 29 bezeichnet.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Längsachse 24 der Rotorwelle 21 seitlich gegenüber der Längsachse 29 der ersten Welle 13 versetzt ist.
Die Welle 26 wird von der ersten Welle 13 über einen Verbindungsteil 30 angetrieben, der eine Keilverzahnung aufweist, die mit Keilverzahnungen zusammenwirkt, welche auf der inneren Oberfläche der Wellen 26 und 13 angeordnet sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Ritze125 auf dem stromoberseitigen Ende der ersten Welle 13 angeordnet sein.
Die in dem Niederdruckkompressor oder dem Gebläse 14 verdichtete Luft wird einer Führung 31 zugeführt, die an ihrem stromoberseitigen Ende konzentrisch zu dem Niederdruckkompressor oder dem Gebläse 14 und an ihrem stromoberseitigen Ende konzentrisch zu dem Hochdruckkompressor 11 liegt.
Während des Betriebes des Gasturbinentriebwerkes 10 wird die Drehzahl der ersten Welle 13 derart eingestellt, daß verhindert wird, daß die Geschwindigkeit der Spitzen der Rotorbeschaufelung des Hochdruckkompressors einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Diese Drehzahl wird durch das Untersetzungsgetriebe 16 derart herabgesetzt, daß die Drehzahl der Rotorwelle 21 einen Wert aufweist, bei welchem die Umfangsgeschwindigkeit der Spitzen der Rotorschaufeln des Niederdruckkompressors oder Gebläses 14 einen vorbestimmtenWert nicht überschreiten.
Die Lager 23, 27 sind so dicht als möglich an der von dem Zahnkranz 20 und dem Ritzel 25 bestimmten Ebene angeordnet.
Die Getriebezähne des Zahnkranzes. und des Ritzels 25 sind schraubenlinienförmig ausgebildet.
F i g. 4 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit zwei Wellen. Dieses weist eine Hochdruckturbine 32 auf, die über eine Welle 34 den Hochdruckkompressor 33 antreibt und bei der eine Niederdruckturbine 35 über eine Welle 37 einen Zwischenstufenkompressor 36 antreibt.
Die Welle 37 liegt konzentrisch innerhalb der Welle 34 und treibt ebenfalls ein Gebläse oder einen Niederdruckkompressor 38 über ein Untersetzungsgetriebe 39 erfindungsgemäßer Ausbildung an. Die übrigen Teile der beiden Gasturbinentriebwerke sind die gleichen wie jene der F i g. 1 und wurden deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Kompressor, mit einer Turbine und mit einer ersten Welle, die den Kompressor und die Turbine verbindet, und mit einem zusätzlichen Kompressor auf einer zweiten Welle, die von der ersten Welle über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, wobei das Untersetzungsgetriebe ein mit der ersten Welle koaxiales und von dieser angetriebenes Ritzel aufweist, und die zweite Welle mit einem zu ihr koaxialen, innen verzahnten Kranz verbunden ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zur Bildung eines an sich bekannten Innengetriebes die Längsachse (24) der zweiten Welle (21) des zusätzlichen Kompressors (14, 38) um einen durch den Wälzkreis-Radienunterschied der beiden unmittelbar miteinander kämmenden Zahnreihen des Ritzels bzw. innen verzahnten Kranzes gegebenen Abstand seitlich versetzt zur Längsachse (29) der ersten Welle (13) angeordnet ist und daß der zusätzliche Kompressor (14,38) mit einem stromunterseitigen Lager (23) ausgestattet ist, das in der Ebene durch die Zahnreihe des innen verzahnten Kranzes (20) liegt, und daß die das Ritzel (25) tragende Welle mit einem stromoberseitigen Lager (27) ausgestattet ist, das in der Nähe des stromunterseitigen Lagers (23) des zusätzlichen Kompressors (14, 38) liegt.
2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (25) aus einem Stück mit der ersten Welle (13) besteht und an deren Vorderteil angeordnet ist. und daß der Zahnkranz (20) ein Teil des stromunterseitigen Endes des Rotors des zusätzlichen Kompressors (14, 38) ist.
3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (25) auf einer besonderen Welle (26) angeordnet ist, deren Längsachse konzentrisch zur Längsachse der ersten Welle (13) liegt, und daß die besondere Welle von der ersten Welle über eine Kupplung (30) angetrieben wird.
4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung des Untersetzungsgetriebes schraubenlinienförmige Zähne aufweist.
5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der in dem zusätzlichen Kompressor oder dem Gebläse verdichteten Luft nach dem Hochdruckkompressor und von dort nach der Verbrennungseinrichtung strömt und dann die Turbine antreibt, bevor ein Ausströmen in die Atmosphäre erfolgt, daß die übrige, von dem zusätzlichen Kompressor oder Gebläse komprimierte Luft einem Kanal zugeführt und im Nebenschluß an der Verbrennungseinrichtung und der Turbine vorbeigeführt und mit den aus der Turbine stromunterseitig derselben austretenden Gasen vermischt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 767 704, 840 938; britische Patentschrift Nr. 650 710; »Hütte«, 1I. Band, 26. Auflage, Berlin 1931, S.205, 206.