DE1261357B - Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

• Gasturbinentriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk, das sich durch besonders flache Bauweise auszeichnet und im wesentlichen für den Antrieb der Rotorblätter an Hubschraubern geeignet ist.
• Bei derartigen Gasturbinentriebwerken ist die flache Bauweise insofern besonders wichtig, da man bei Anbau der gesamten Antriebsaggregate auf den Rotorkopf eines Hubschraubers auf sämtliche Zuleitungen, Gestänge, Rohre und Antriebswellen in der Zelle verzichten kann und dadurch der ohnehin in der Zelle knapp bemessene Raum ganz als Nutzraum zur Verfügung steht. Es wurde deshalb vorgeschlagen, ein geeignetes Gasturbinentriebwerk direkt auf den Rotorkopf eines Hubschraubers zu montieren, das alle Nebenaggregate eingebaut hat und besonders bei Wahl eines Blattspitzenantriebs (Reaktionsantrieb) mit kurzen, starren Verbindungsleitungen auskommen kann.
• Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse das Triebwerk aus einem Radialgebläse und einer Radialturbine aufzubauen, die mit einer gemeinsamen Welle verbunden sind. Diese beiden Schaufelräder sind an einer ringförmigen Brennkammer angeschlossen, in der das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Es werden dann die hochgespannten Abgase über den Weg der Arbeitsturbine für weitere Nutz-Energieumwandlung frei. Die Schwierigkeit besteht nun darin, daß die Lufteinlaßgase mit den Auslaßgasen vermischt werden und durch ein Wiederansaugen dieses Gasgemisches eine Wirkungsgradverminderung bewirken können. Man beschreitet einerseits den Weg der Trennung der Schaufelräder und nimmt dafür eine Vergrößerung der gesamten Maschine in Kauf, oder man ist gezwungen, durch Dichtungen und Isolationen die hohen Temperaturen der Radialturbine vom Radialgebläse fernzuhalten, um diesem Nachteil aus dem Weg zu gehen. Darüber hinaus gestattet die Brennstoffeinspritzung, wie sie bei der Rotationszerstäubung angewandt wird, keine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes, die bei der Gemischbildung notwendig ist. Wenn man auch von einer zentralen Bohrung radial im oder neben einem Schaufelrad mehrere Austrittsbohrungen anbringt, so wird diese Art der Treibstoffzufuhr immer Zonen mit zu fettem und solche mit zu magerem Gemisch bilden. Eine innige Vermengung der Kraftstoffpartikelchen mit der Brennluft wird nicht stattfinden können, so daß der gesamte Kraftstoff nicht gut ausgenutzt werden kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gasturbinentriebwerk äußerst kompakt zu bauen, um den Anforderungen bei Verwendung als Rotorantrieb gerecht zu werden und durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen den Wirkungsgrad zu verbessern.
• Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung von einem Gasturbinentriebwerk in Flachbauweise und mit Fliehkraftzerstäubung des Brennstoffes aus, bei welchem eine Radialturbine und ein Radialgebläse mit einander zugewandten Schaufelradrückseiten auf einer gemeinsamen Welle fest montiert sind und bei welchem der Brennstoff zunächst in den Raum zwischen den Schaufelradrückseiten und dann in den außenliegenden Ringbrennraum gelangt. Die Erfindung besteht darin, daß die Schaufelradrückseiten derart nahe aneinandergerückt sind, daß lediglich ein flacher, ringscheibenförmiger Spaltraum zwischen ihnen verbleibt und daß auf der Rückseite mindestens eines der Schaufelräder von innen nach außen sich erstreckende Stege vorgesehen sind, die dem Brennstoff einen nach außen gerichteten Impuls erteilen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1. das Gasturbinentriebwerk teilweise im Schnitt auf einen Hubschrauberrotorkopf montiert, F i g. 2 die Ausbildung der schaufelartigen Stege des Gebläserades.
• Das Gasturbinentriebwerk ist auf dem Rotorkopf 1 montiert und gelagert. Eine gemeinsame Welle 2 ist drehbar im Rotorkopf 1 befestigt und nimmt das Radialgebläse 3 und die Radialturbine 4 auf. Zwischen diesen beiden Schaufelrädern sind Stege 5 für die Brennstoffzufuhr angeordnet. Teil 6 und 7 bilden die Arbeitsschaufeln des Radialgebläses 3 bzw. der Radialturbine 4. Die Leitschaufeln 8 des Lufteinlaßkanals 9 sorgen für den richtigen Einlauf der Frischluft. Ein Teil der Frischluft wird zur Kühlung und Isolation in den Umlaufkanal 10 des Gehäuses 11 geleitet. Im Inneren des Gehäuses ist die ringförmige Brennkaramer 12. Hier wird der Kraftstoff durch die Rohrleitung 13 und eine Nut 14, oder auch mehrere, zu dem Turbinenrad 4 hochgesaugt. In dem ringförmigen Spalt 15 wird der Kraftstoff verdampft und durch die Fliehkraft in die Brennkammer 12 geblasen, wobei ein Teil der Frischluft, welche vom Gebläserad 3 kommt, durch die Kanäle 16 gedrückt wird und sich innig mit dem dampfförmigen Kraftstoff vermengt. Gleichzeitig erfüllt aber der Kraftstoff noch die Funktion des Isolierens, indem die Verdampfungswärme, die benötigt wird, um den flüssigen Kraftstoff zu verdampfen, die hierfür erforderliche Wärmemenge vom heißen Turbinenrad 4 nimmt und so die Temperatur des Turbinenrades einerseits im erträglichen Maß konstant hält, andererseits das Gebläserad 3 vor hohen Temperaturen wirksam abschirmt. Die Kraftstoffleitung ist ferner so geführt, daß sie auch die Lagerstellen berührt und gleichzeitig sämtliche Lager des ganzen Aggregats im Rotorkopf schmiert. Nach der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 12 wird das expandierende Gas in das Radialturbinenrad 4 umgelenkt, wo die Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Nach Austritt aus dem Laufschaufelgitter 7 wird das Abgas in den ringförmigen Sarnrnelbehälter 17 geleitet und gelangt von hier aus zu den starren Rohrleitungen 18, die zu den Blattspitzen führen und den Rotor in Drehung versetzen infolge Abströmens des Gases von den Blattspitzendüsen oder ähnlicher Vorrichtungen zum Antrieb der Rotoren eines Hubschraubers.
• Aus F i g. 2 ist ersichtlich, wie die schaufelartigen Stege 5 am Gebläserad 3 im Grundriß angeordnet sind, um einen strömungsgüüstigen Austritt des verdampfenden und gleichzeitig eine Isolierschicht bildenden Kraftstoffes zu ermöglichen.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Gasturbinentriebwerk für den Einbau im Hubschrauber auf dem Rotorkopf durch geeigneten Zusammen au von Radialgebläserad und Radialturbinenrad besonders flach ausgeführt werden kann, wobei der Kraftstoff sowohl als Schmiermittel als auch als Isolationsstoff zwischen beiden Schaufelrädem dient. Durch das Verdampfen des Kraftstoffes wird nicht nur dem Turbinenrad Wärme entzogen, sondern gleichzeitig auch das Gebläserad vor hohen Temperaturen geschützt. Als ein weiterer Vorteil ist die Tatsache anzusehen, daß der nun dampfförmige Kraftstoff mit der Frischluft besser vermischt werden kann und dadurch das Gemisch besser ausgenutzt wird und diese Maßnahme einer Erhöhung des Wirkungsgrades gleichkommt. Diese Anordnung trägt wesentlich zur Flugsicherheit von Hubschraubern bei, welche bei Verwendung einer leichten und kompakten Antriebseinrichtung gewährleistet wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Gasturbinentriebwerk in Flachbauweise und mit Fliehkraftzerstäubung des Brennstoffes, bei welchem eine Radialturbine und ein Radialgebläse mit einander zugewandten Schaufelradrückseiten auf einer gemeinsamen Welle fest montiert sind und bei welchem der Brennstoff zunächst in den Raum zwischen den Schaufelradrückseiten und dann in den außenliegenden Ringbrennraumgelangt, dadurch gekennzeichn e t, daß die Schaufelradrückseiten in bekannter Weise derart nahe aneinandergerückt sind, daß lediglich ein flacher, ringscheibenförmiger Spaltraum (45) zwischen ihnen verbleibt und daß auf der Rückseite eines der Schaufelräder von innen nach außen sich erstreckende Stege (5) vorgesehen sind, die dem Brennstoff einen nach außen gerichteten Impuls erteilen.
2. 2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (5) schaufelartig gekrümmt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1151402, 1276 261; britische Patentschriften Nr. 694 414, 901199; USA.-Patentschriften Nr. 2 514 874, 2 694 291, 3021675.