DE1426385A1 - Kraftuebertragungseinrichtung fuer ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

DR. MÖLLER-BORG DIPL.-ING. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

Braunschweig, 7«AugUSt 1968 .P 14. 26 1&5.5 Unser Zeichen: Al/sfl - W 1/J-6

Charles Wickma^
^f.69*,; South WaBMnP⁺IOi- '^ve,
Sib. Armand's Key, Sarasota, Florida /USA

^einrichtung für eir

Die Erf^ndun-g bezieht sich auf ei~e
oinriohtung für ein Gasturbinen triebwerk, das ei^er ersten Turbinenrotor, der eine·" Verdichter bei seiner vollen Förderleistung: antreiben kann, und einen zweiten Turbinenrotor aufweist, der mit ein*=·-¹" Leistung abgebenden AbtriebsveJle versehen ist, w^b^i der erste Turbine^rotor mit dem Verdichten? über ein einen Schonpanp lie-fern^es TTmIaufveßergetriebe ■\rerbun<^:fcsn istj ri^ssp^ Peelrti n^s^'li' ¹^d treibend mit οΐη^ητ" Treibwellp -v^^b-unden ist, un* wobe^ ei. ¹^ weiteres betriebe die Treibwelle und die Abt^iebswel ] e les ^we'i-ter TuT¹MνenrOtors mit ein·=^ gemeinsamen¹ Abtriebswelüe verbindet.

Bei einer bekannten Kraftubp-rtragun^einr-i r-htung dieser Art wird de"* Planetenträger des UmlaufTndergetrie^s mit ^erselb^rtn Breh^a^l wi^ ier erste Turbinenrotor angetrieben. Da sieh jedoch P]«netenträcer nicht fur eine so hohe Drehzahl auslegen lassen, wie sie zum optimalen "Betrieb von Tnrbinon— po-fco-pfir» erwünscht ist, ist b^i ein^r solchen Anordnung die 'B'J.rbinendreh^ahl durch die kritische Drehzahl des Umlaufrädergeüriebes Begrenzt. Das bedeutet, daß bei θor bekannten Μην*r-htunp⁴ i'p Verdi chter-Antriebsturbine nicht im optimalen

betrieben werden kann.

cH (Art. ? r « Ab₀,2 .v_r. r Satra desÄnderun_a^·.. v.4. ».r *^AD 0R^|G1NAL

AM' B"ORGBn««fc β'· «f ((teal) 2S487 aMöNeHEN'2Si; ROBEHT-KOCH-STR. 1 « (0811} 225110

Ziel der Erfindung 1st eine Kraftübertragungseinrichtung der oben erläuterten Art, bei der dieser Nachteil vermieden wird, und bei dem insbesondere ein optimaler Betrieb 'der Turbine ohne Beschränkung durch die kritische Drehzahl des Umlaufrädergetriebes iLÖglich 1st.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch'erreicht, daß zwischen den; ersten Turbinenrotor und dein Antriebsglied des Umlaufrudergetriebes eine Zahnraduntersetzung und zwischen dem Abtri-ebsglied des Umlaufrädergetriebes und dem Verdichter eine Zahnradübersetzung vorgesehen ist.

Durch diese⁰ Ausbildung wird, erreicht, daß die Turbine im optimalen Drehzahlbereich gefahren' werden kann, ohne daß ■ der Planeten träger seine kritische Drehzahl übersteigt. Der optimale Betrieb des Verdichters wird dadurch sichergestellt, daß die Drehzahl zwischen Umlauf -rädergetriebe und Verdichter wieder durch eine übersetzung heraufgesetzt wird.

Mach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Dreh-, zahlverhält.uisse der. Zahn rad unter Setzung und der Zahnradübersetzung gleich sein»

Wach einem wei-tcren Kerkmal kann zwischen dam "ersten Turbinen rotor und dem Verdichter-in an sich beicannter Welse ein Prei-ο lauf derart angeordnet sein» daß die Drehzahl des furbinen-O^ rotors die Drehzahl des Verdichters, nicht übersteigen kann.-

Nach einem anderen Kerkmal der Erfindung ist zwischen dor

cd AbtrSebswelle/ des zweiten Turbinen rotors und dem weiteren

te " ' '

Dele ebenfalls^ eine Z&lmraduwfcecsefczTing'- vorgesehen.,

BAD ORlGWAL

Das weitere Getriebe weist vorzugsweise zx^rei 2^ahnradunterse bzungen mit unterschiedlichen DrehzahlVerhältnissen auf, von denen die Untersetzung mit dem größeren Drehzahlverhältnis die Treibwelle mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbindet, und- von denen die Untersetzung mit dem kleineren Drehzählverhältnis das Zahnrad der mit der übtriebswelle des zweiten Turbinenrotors verbundenen Untersetzung mit der gemeitesamen Abtriebswelle verbindet.

Zwischen Treibwelle und der gemeinsamen abtriebswelle ist vorzugsweise im Getriebe ein Freilauf derart angeordnet, daß die vom Getriebe festgelegte Drenzahl vom zweiten Turbinenrotor überschreitbar ist.

Zum Verhindern des Ansteigens der Drehzahl des zweiten Turbinenrotors über die des ersten Turbinenrotors ist nach einem, weiteren Merkmal in an sich bekannter i-Jeise zwischen dem ersten und dem zweiten Turbinenrotor ein Freilauf vorgesehen.

Dieser Freilauf wird vorzugsweise zwischen der Treibwelle und dem Zahnrad der mit der Abtriebswelle des zweiten Turbinenrotors verbundenen Untersetzung angeordnet.

^Tüins Ausführungsform der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung beispielsweise dargestellt, die einen schematischen Axialschnitt durch ein Gasturbinentriebwerk zeigt, wolchen ei non,, ersten Turbinenrotor zürn Antrieb eines Verdichters b^i seiner vollen Förderleistung und einen zweiten

U26385

Turbinenrotor aufweist, der mit einer Leistung abgebenden Abtriebswelle versehen ist, wobei eine Kraftübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird, über die die Straßenräder eines Kraftfahrzeugs angetrieben werden. . '

In der Zeichnung ist das Umlaufrädergetriebe im ganzen mit A und das erwähnte weitere Getriebe mit B bezeichnet. Das Antriebsglied des Getriebes A ist ein Planetenträger 10, der von einem Zahnrad 11 angetrieben wird und eine Mehrzahl von Planeten-.rädern 1.2 trägt, die mit einem ringförmigen Außenrad 13 und einem Sonnenrad 14 kämmen, welches das■ Reaktionsglied des Getriebes A darstellt. Der Verdichter 15 ist auf einer inLagern 17, 18 gelagerten Welle l6 angebracht und mit einem Zahnrad 19 verbunden, welches von einem Zahnrad 20 angetrieben wird, das mit dem ringförmigen ~ Außenrad 13 aus einem Stück besteht.

—-Der~ers~te ""Turbinen ro tor 21 und der zweite Turbinenrotor 22 sind durch rohrförmige Wellen 23» 24 auf der Welle l6 zwischen den Lagern 17 und 18 gelagert und treiben Zahnräder 25 bzw. 26 an. Auf diese Weise kann der erste Turbinenrotor 21 den Planetenträger 10 über eine Untersetzung 25,11 antreiben, deren Drehzahlverhältnis so gewählt 1st, daß die maximale Drehzahl des

9 0 9 8 12/0462 bad

ersten Turbinenrotors die maximale Sicherheitsdrehzahl des Planetenträgers übersteigen kann, ohne daß dieser'die Sicherheitsdrehzahl überschreitet. Die übersetzung 20,19 zwischen dem Getriebe A und dem Verdichter hat dasselbe Drehzahlverhältnis wie die Untersetzung 25j11j so daß die Wirkung der Untersetzung auf die Drehzahl des Verdichters wieder aufgehoben wird.

Das Zahnrad 20 und das ringförmige Außenrad" 13 sind mit einem Lage"r' 27 in einem Gehäuse 28 und mit einer Büchse '29 auf einer Treibwelle 30 gelagert, die treibend mit dem SOnnenfad 1^- verbunden ist und durch eine Büchse

31 des .Zahnrades 11 hindurchfaßt. Das vom Sonnenrad Ik entfernt liegende Ende der Treibwelle 30 ist mit einem Lager 33 in einem Gehäuse 32 gelagert und treibend mit einem' Zahnrad" 3^1· verbunden, welches über ein Zahnrad und eine in einer' Sichtung wirksame Kupplung oder einen Freilauf 37 mit einer gemeinsamen Abtriebswelle 35 verbünde^ ist», wobei der Freilauf ermöglicht, daß.die gemeinsame. Abtr.iebswelle 35 sich schneller als das Zahnrad 36 drehen tepn... Die. gemeinsame .Abtriebswelle 35. liegt_; in einer Richtung mit der Welle l6 und ist im Gehäuse

32 mJjt.-ieiiE.em ^ager. 38 gelager.t. _:- ■ - ..-.■-... . .-.

Die gemeinsame Abtriebsweile 35 kann weiterhin von dem zweiten Turbinenrotor 22 über die rohrförmige Welle 2Ψ,

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ein Zahnrad 26, ein drehbar auf der Treibwelle 30 mittels einer Nabe 4o gelagertes Zahnrad 39> ein treibend mit dem Zahnrad 39 verbundenes Zahnrad k-1 sowie ein Zahnrad ^2 angetrieben werden, das koaxial fest mit der gemeinsamen Abtriebswelle 35 verbunden ist.

Wenn das'Fahrzeug, in dem die beschriebene Kraftübertragungseinriehtung verwendet wird, ■ sich im Stillstand befindet, wobei die Gasturbine noch nicht· angelassen ist, wird die gemeinsame Abtriebswelle 35* die mit den Straßenrädern des Fahrzeugs in. Verbindung steht-, durch-, den-.Widerstand· : des Fahrzeugs gegen eine-beginnende Bewegung festgehalten, so daß auch die .Treibwelle 30' und das Sonnenrad überdie Zahnräder . 3^k und 36 festgehalten werden. -■· ■■ ^; -

Wenn die Gasturbine angelassen wird, wird der erste Turbienrotor 21 den Verdichter 15 über die Untersetzung 25»11 und die Übersetzung 20,19 mit einer einem Schongang entsprechenden Übersetzung antreiben, ohne daß dabei die .Drehzahl des Planetenträgers 10 über die sichere Maximaldrehzahl ansteigt. Das Reaktionsdrehmoment am Sonnenrad I^ wird auf die Straßenräder des Fahrzeugs über dieTreibwelle 30, die Zahnräder.-'^ und 36·-and·- ■ ·-,. den -Freilauf-^!37übertrageni ^Gleichzeitig, wird auch das . '. an dem "zweiten-'-'Eurbinenfotor ■'22 /erzeagte Drehmoment -über; die ünteT'setziiög'^-ej-^-ttnd^die· Zahnräder "IfI-mnd 42 auf -die Straßenräder ubh

V_r. _ , BADOfHGiNAL

90 981^W¹ "^

Das Reaktionsdrehmoment an der gemeinsamen Abtriebswelle 35 steigt an, wenn die Drehzahl des Turbinenrotors 21 zunimmt, so daß sich das Fahrzeug vom Stillstand aus beschleunigt. Sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunimmt, werden die Drehzahlen der Treibwelle 30 und der Nabe ^O wegen der Unterschiede in den Drehzahlverhältnissen der Untersetzungen 3^,36 und ^1,^2 differentiell zunehmen.' Wenn beispielsweise das Drehzahlverhältnis der Untersetzung 3^,36 1:3 und das der Zahnräder M,^2 1:1,5 beträgt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wird sich die Nabe ^O mit der halben Drehzahl der Treibwelle 30 drehen. Es ist klar, daß · bei einer Beschleunigung der Treibwelle 30 auch das Sonnenrad I^ beschleunigt wird, so daß die Schon- oder Schnellgangübersetzung zum Verdichter 15 langsam geringer wird, bis der Verdichter mit der gleichen Drehzahl wie der erste Turbinenrotor umläuft. Sobald dieses eintritt, wird durch einen Freilauf ^3 das Sonnenrad I^ mit dem ringförmigen Außenrad 13 verriegelt, so daß verhindert wird, daß die Drehzahl des ersten Turbinenrotors 21 über die Drehzahl des Verdichters 15 ansteigt.

Wenn diese Verriegelung durch den Freilauf 43 stattgefunden hat, wird die Treibwelle 30 mit der gleichen Drehzahl wie das Zahnrad 11 angetrieben, dessen Drehzahl durch die Drehzahl des ersten Turbinenrotors 21 und die Untersetzung 11,25 bestimmt ist, die nach der Zeichnung

_m812/m2

beispielsweise 5*1 betragen kann. Da das Drehzahlverhältnis der Zahnräder 39 und 26 ebenfalls 5:1 beträgt und die Nabe 4-0 mit der halben Drehzahl der Treibwelle 30 umläuft, wie es oben erläutert wurde, wird die Drehzahl des zweiten Turbinenrotors 22, wenn auch die Drehzahl des ersten Turbinenrotors 21 zugenommen hat, nur soweit zunehmen, daß sie die Hälfte der Drehzahl des ersten Turbinenrotors 21 beträgt.

Die abgegebene Leistung des ersten Turbinenrotors 21 wird demnach auf den Verdichter 15 und die gemeinsame Abtriebswelle· 35 aufgeteilt, während die Leistungsabgabe des zweiten •Turbinenrotors 22 vollständig auf die gemeinsame Abtriebswelle 35 übertragen wird. Wenn- jedoch die Drehzahl des Verdichters 15 zunimmt, benötigt er einen größeren Anteil der Leistung des ersten Turbinenrotors 21» und der zweite Turbinenrotor 22 liefert einen größeren Anteil der auf die gemeinsame Abtriebswelle 35 übertragenen Leistung. Eventuell kann der zweite Turbinenrotor 22 soviel Leistung, abgeben, daß

-der Freilauf 3? zur Wirkung kommt, so daß die gesamte von der gemeinsamen Abtriebswelle 35 abgegebene Leistung von dem zweiten Turbinenrotor 22 geliefert wird und der Verdichter l-$:·.-*·;.--

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die gesagte abgegebene Leistung des ersten Turbinenrotors 21 erhält, wobei das Reaktionsmoment am Sonnenrad I^ durch den Prellauf ^3 auf das Zahnrad 20 übertragen wird. Wenn der Freilauf 37 wirksam zu werden beginnt» wird die Drehzahl des zweiten Turbinenrotors 22 auf einen Wert ansteigen, der oberhalb der Hälfte der Drehzahl des ersten Turbinenrotors 21 liegt· Ein weiterer Freilauf kb ist zwischen der Treibwelle 0 und der Nabe feO vorgesehen, UiD zu verhindern, das die Nabe schneller umläuft als die Treibwelle 30» wodurch gleichzeitig verhindert wird, daß die Drehzahl des zweiten Turbinenröhre 22 die Drehzahl des ersten Botors übersteigen kann.

Wenn durch die Fahrgeschwindigkeit des' Fahrzeugs das Triebwerk überholt wird, wird der Freilauf zur Wirkung kommen, während die Freiläufe 43 und 44 sperren» so das der Verdichter 15 über die Zahnräder 19,20,Ί-1 und 42 von der gemeinsamen Abtriobswelle 35 angetrieben wird. Auf diese Weise Verhindert die Leistung, die zum Antrieb des Verdichters 15 erforderlich ist, ein Bremsen des Triebwerks und der zwangsweise Antrieb der beiden Turbinenrotoren 21 und 22 sowie des Verdichter· 15 verhindert, daß die

,0:4-6:2

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Gasturbine zum Pumpen kommt, während das Fahrzeug . · das Triebwerk überholt und der erste.Turbinenrotor

nur Leerlaufleistung abgibt. . . .. - . _;' _

Wenn es gewünscht wird, kann das Getriebe B in irgendeiner bekannten Weise so abgewandelt werden, daß es einen Rückwärtsgang liefert.

.,.._t! . _.. -■.:. - SAt) ORIGINAL

Claims (3)

■ ζ·1 -» --' i Patentansprüche

1./Kraftübertragungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, das einen ersten Turbinenrotor, der einen Verdic^t.er bei seiner vollen Förderleistung antreiben kann, und einen zweiten Turbinenrotor aufweist, der mit einer Leistung abgebenden Abtriebswelle versehen ist, wobei der erste Turbinenrotor mit dem Verdichter über ein einen Schongang lieferndes Umlaufrädergetriebe verbunden ist, dessen Reaktionsglied treibend mit einer Treibwelle verbunden ist, und wobei ein weiteres Getriebe die Treibwelle und die Abtriebswelle des zweiten Turbinenrotors mit einer gemeinsamen Abtriebswelle verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Turbinenrotor (21) und dem Antriebsglied (10) des Umlaufrädergetriebes (A) eine Zahnradunter-' setzung (11,25) und zwischen dem Abtriebsglied (13) des Umlaufradergetriebes und dem Verdichter (15) eine Zahnradübersetzung (19,20) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dad. gek., daß die Drehzahlverhältnisse der Zahnraduntersetzung (11,25) und der Zahnradübersetzung (19» 20) gleich sind.

cd 3, Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dad. gek., daß cc

"t zwischen dem ersten Turbinenrotor (21) und dem Verdich- ^, ter (15) in an sich bekannter Weise ein Freilauf (^3) σ> derart angeordnet ist, daß die Drehzahl des Turbinen-

ro- . ;■ ..■' . ■■■ '■■ -

rotors die Drehzahl des Verdichters nicht übersteigen

kann.

¹A-. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle des zweiten Turbinenrotors (22) und dem x-ieiteren Getriebe (E) eine Zahnraduntersetzung (26* 39) vorgesehen is_t.

5· Einrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Getriebe (B) zwei Zahnraduntersetzungen (3^-j 36; 4l,42) mit unterschiedlichem Drehzahlverhältnis aufweist, von denen die Untersetzung (3^> 36) mit dem größeren Drehzahlverhältnis die Preibwelle (30) mit der gemeinsamen Abtriebswelle (35) verbindet, und von denen die Untersetzung [kl, kZ) mit dem kleineren Drehzahlverhältnis das Zahnrad (39) mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbindet.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trerbwelle (30) und der gemeinsamen Abtriebswelle (35) ini Getriebe (B) ein Freilauf (37) derart angeordnet ist, daß die vom Getriebe (B) festgelegte Drehzahl vom zweiten Turbinenrotor (22) überschreitbar ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern des Ansteigens der Drehzahl des zweiten Turbinenrotors (22) über

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die des ersten Turbinenrotors (21) in an sich bekannter Weise zwischen dem ersten und den: zweiten furbinenrotor ein Freilauf (44) vorgesehen ist.

3. ll'inricintung neon Anspruch 7» dadurch gskennzeichneb, daß der Freilauf (44) zwischen der Treibwelle (30) und dem Zahnrad (39) angeordneb ist.

§09012/0462