DE1428220A1

DE1428220A1 - Axialkompressor oder -luefter und damit ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1428220A1
Application number: DE19631428220
Authority: DE
Inventors: Hewson Golin Taylor
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1962-05-31
Filing date: 1963-05-28
Publication date: 1969-07-17
Also published as: DE1428220B2; GB978658A; DE1428220C3; US3182898A; CH418733A

Description

Axialkompressor oder -Lüfter und damit ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung betrifft einen Axialkompressor oder -Lüfter mit mindestens) einer Reihe von drehbaren Leitradschaufeln, einer unmittelbar neben dieser oder jeder Reihe von drehbaren Leitradschauföln angeordneten Reihe von LÖuferschaufeln und Antriebsmitteln zum positiven Antrieb der Reihe oder Reihen von LBuferschaufeln, wobei die Konstruktion so istj dass die drehbaren Leitradschaufeln beim Betrieb mit einer Spitzengeschwindigkeit gedreht werden können, die kleiner, aber in einem gewissen Verhältnis zu der der L8ufersch.aufein steht.

Es ist zu ersehen, dass selbst wenn die Läuferschaufeln mit sehr hohen Drehzahlen betrieben werden, die relative Spitzengeschwindigkeit jeder Reihe von LHuferschaufeln gegenüber der Spitzengeschwindigkeit der unmittelbar stromaufwärts liegenden Reihe von drehbaren Leitradschaufeln leicht so eingestellt werden kann, dass die Luft relative mit Unterschallgeschwindigkeit strömt. Auf diuse Art und Weise lassen sich die beim Drohen von Kompressorläuferschaufeln mit sehr hohen, nahe ^:der Schallgeschwindigkeit liegenden Spitzengeschwindigkeiten auftretenden Schwierigkeiten vermeiden.

Vorzugsweise hat der Kompressor oder Lüfter einen angetriebenen Teil, welcher zum Botrieb ein grosses Drehmoment benötigt und

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welcher antriebsmassig mit den drehbaren Leitradsehaufein verbunden ist, sodass ein Teil der Brehmomentleistung der Antriebsmittel dazu benutzt werden kann, den angetriebenen Teil über die drehbaren Leitradschaufeln zu drehen« Dieser angetriebene Teil kann ein anderer Kompressor, ein Luftschraube, ein Lüfter, ein Steuer, Zubehör des Gastürbinenstrahltriebwerke j ein Hubschraube oder eine Stromerzeugungsaniage sein. Die Antriebsverbindmng zwischen den drehbaren Leitradschaufeln und dem angetriebenen Teil kann ein Getriebe umfassen. Da jedoch die drehbaren Leitradschaufeln kleinere Drehzahlen haben als konventionelle LSuferj ist eine kleinere Untersetzung notwendig, als wenn der angetriebene Teil durch den Laufer betrieben würde.

Die an die drehbaren Leitradschaufeln Übertragene Arbeitsmenge kann bis zu 60$ und mehr der an die Lauferschaufein übertragenen Arbeitsmenge betragen^ wobei die Drehzahl der Leitradschaufeln beispielsweise 30-40% der Drehzahl der L8uferschaufeln betragen kann.

Die Reihe oder Reihen der drehbaren Leitradschaufeln können von den Antriebsmittel über ein Untersetzungsgetriebe betrieben werden. Vorzugsweise besteht jedoch kein positiver Antrieb der drehbaren Leitradschaufeln, welche durch das Strömungsmittel rotiert werden, das durch den Kompressor oder Lüfter mittels der Laufrad schaufeln durchströmt,

Bs kann eine Vielzahl von Reihen von drehbaren Leitradschaufeln vorgesehen sein, zwischen denen keine Antriebsverbindung besteht» Vorzugsweise umfasst die Anlage jedoch eine Vielzahl von Reihen von drehbaren Leitradschaufeln, die miteinander so verbunden sind, dass sie als Einheit umlaufen.

Der Kompressor oder Lüfter kann erwllnschtenfalls mit mindestens einer festen Reihe von Leitradschaufeln oder LeitschaÄf.eln versehen sein«

Wenn die Reihe oder Reihaa von drehbaren Leitradschaufeln zum Antrieb einer Luftschraube oder eines Lüfters bestimmt sind,

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kann die relative Drehzahl der drehbaren Leitradschau-

fein und der Lauferschaufeln leicht so angeordnet sein, dass die drehbaren Leitradschaufeln mit der für die Luftschraube oder den Lüfter richtigen Drehzahl .umlaufen, sodass sich ein Getriebe erübrigt.

Diese Möglichkeit, ein Getriebe auszuschalten, bedeutet nicht nur Einsparungen im Gewicht und im Aufbau, sondern gestattet auch den Antrieb eines vorderen Lüfters vom Vorderende eines Kompressors ohne mechanische Verbindung mit einer Welle, auf welcher die Lauferschaufeln sitzen·

Die Erfindung eignet sich daher für Düsenlüftermotoren, Nebenstromtriebwerke, Prppellerturbinen und einfache Strahltriebwerke.

Eine Bremse kann vorgesehen sein, welche beim Einsatz die Rotation der Reihe oder Reihen von drehbaren Leitradschaufeln verhindert«

Der durch die drehbaren Leitradschaufeln angetriebene Lüfter kann in einer ringförmigen Lüfterleitung sitzen, welche ein Gehäuse umgibt, in dem die Läufer- und Leitradschaufeln angeordnet sind.

Der Kompressor kann einen Teil eines Gasturbinen-Nebenstrom-Triebwerks bilden, wobei die ringförmige Lüfterleitung ausserhalb und konzentrisch zur Nebenstromleitung des Triebwerks angeordnet ist» Die ringförmige Ltifterleitung kann mit der Nebenstromleitung kommunizier on · Alternativerweise kann die Nebenstromleitung mit dem Strahlrohr kommunizieren, wobei die ringförmige LUfterleitung mit dem Strahlrohr stromabwärts der Einmtindungsstelle der Nebenstromleitung ins Strahlrohr kommuniziert .

Die Erfindung umfasst auch ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem derartigen Kompressor, wobei die Antriebsmittel eine von der Triebwerktürbine angetriebene Welle sind«

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Diese Welle treibt die L&ufer schaufeln eines Hochdruckkompressors mit mindestens einer Reihe von drehbaren Leitradschaufeln, die antriebsmtfssig mit den Läikferschaufeln eines Niöderdruckkompressors verbunden sind. '

Das Gasturbinenstrahltridbwerk kann Aufhängungen habenj durch welche das Triebwerk zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Stellung bewegt werden kann, wobei in der Vertikalstellung des Triebwerks die Bremse gelöst wird, sodass der in der ringförmigen Nebenstromleitun-g liegende Lüfter durch die drehbaren Leitradschaufeln angetrieben wird, während in der HorizontalsteUmg des Triebwerks die Bremse angezogen ist, um die Rotation der drehbaren Leitradschaufeln und des dadurch · betriebenen Lüfters zu verhindern.

Alternativerweise kann das Triebwerk Hoch- und Niederdrucktirbinen haben, die Hoehr- und Niederdruckkompressoren Über zwei konzentrische Hellen antisiben, wobei die drehbaren Leitradschaüfeln einen Teil des Niederdruckkompressors bilden»

Weitere Vorteile und ^Kennzüge der Erfindung gehen aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor. Es stellt dar:

Fig. 1-16 sind abgebrochene Querschnitte verschiedener JGasturbinenstrahltriebwerke mit erfindungsgemSssen Kompressoren; Fig. 15a stellt dabei eine Einzelheit des Triebwerks nach Fig.15 dar.

Die in Fig, 2-16 dargestellten und den anderen Figuren entsprechenden Teile tragen dieselben Bezugszaichen unter Zusatz von Buchstaben a_, b, c_ usw.

Fig, 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10, geeignet als Vortriebwerk oder als Sehkrechthubtriebwerk für ein Flugzeug,

Das Triebwerk 10 hat ein Gehäuse 11, umfassend in Strömungsr"ichtung einen Mehrstufen-Axialkompressor 12, eine Verbrennungs-

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anlage 13 und eine schnellaufende, einstufige Turbine Ik, wobei die Turbinenabgase an die Aussenluft durch ein kurzes Strahlrohr 15 austreten.

Die Turbine Ik sitzt auf einer Welle 16, welche eine Reihe 17 von Lauferschaufeln des Kompressors 12 antreibt. Die Reihe ist antriebsmässig mit einer Reihe 20 von Läuferschaufeln verbunden. Die Reihe 17 ist antriebsmässig auch mit einen RinggehSuse 2t verbunden, welches eine weitere Reihe 22 von Läuferschaufeln Antreibt«

Der Kompressor 12 hat Reihen 23t Zk, 2$ von drehbaren Leitradschaufeln. Die Reihe 23 dieser drehbaren Leitradschaufeln sitzt stronaufwSrts der Reihe 22 der LHuferschaufein, während die Reihen Zk, 25 der Leitradschaufeln zwischen den Reihen 22, 20, bzw. 20, 17 der Lauferschaufeln angeordnet sind.

Die Reihen 23, Zk der drehbaren Leitradschaufeln sind antriebsrnÖssig miteinander über ein RinggehSuse 26 verbunden. Das Gehäuse 26 ist rotierbar auf der Welle 16 montiert und hat eine Reihe von darauf drehbar angeordneten Läuferschaufeln 22,

Die Reihen Zk, 25 der drohbaren Leitradschaufeln sind antriebsm&ssig miteinander über ein RinggehÖuse 27 verbunden, welches drehbar im Gehäuse 21 angeordnet ist.

Das Triebwerk 10 hat auch feste Einlass- und Auslassleitschaufeln 30, bzw,31 und eine Reihe 32 von festen Leitradschaufeln.

iäs ist zu ersehen, dass zwischen den Reihen 23, Zk, 25 der drehbaren Loitradschaufeln kein positiver Antrieb besteht. Die drehbaren Leitradschaufeln werden jedoch durch die Luft rotiert, welche durch den Kompressor 12 von den Reihen 17f 20, 22 der LHuferschaufein durchgesaugt wird.

Die Spitzengeschwindigkeit der drehbaren Leitradschaufeln kann daher bodeutend kleiner sein, als die der LHuferschaufein, obwohl sio dazu in einen gewissen Verhältnis steht. Wenn daher

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die Reihen 17, 20, 22 der LHufershaufeln mit hoher Drehzahl umlaufen, kann die relative Spitzengeschwindigkeit jeder Reihe 17, 20, 22 gegenüber der der Reihen 23, 2k, 25 der drehbarenLeitradschaufeln leicht so eingestellt werden, dass die relative Luftgeschwindigkeit·einen Unterschallwert hat«

Figi 2 zeigt ein Triebwerk 10a mit einem Gehäuse Iiaj einem Kompressor 12a, einer Verbrennungsaniage 13a» einer Turbine Ika, einem Strahlrohr 15a, einer Welle 1.6a und Einlass- und Jtuslassleitschaufeln 30a, 31a< welche den dieselben Bezugszeichen tragenden Teilen in Fig* 1 entsprechen.

Fig, 2 zeigt jedoch vier Reihen 35, 36, 37j 38 von La*uferschaufeln, welche von der Welle I6a angetrieben werden. Die Reihe k0 von drehbaren Leitradschaufeln sitzt zwischen den Einlassleitschaufeln 30a und der Reihe 35 von La*uferschaifein« Die Reihen kl, k2 der drehbaren Leitradschaufeln sitzen zwischen den Reihen 35» 36, bzw* 36» 37 der LSuferschaufeln«

Der Kompressor 12a hat auch Reihen 4-3* kk von festen Leitradschaufeln, die zwischen den Reihen 37, 38 der Läuferschaufeln und zwischen der La*uferschaufelreihe 38 und der Auslassleits^jhaufelreihe 31a sitzen.

Die drehbaren Leitradschaufelreihen kO_t kl, k2 sind auf einem gemeinsamen, drehbaren RinggehSuse k$ angeordnet, welches auch eine Reihe k6 von LUfterläufersehäufein trSgt. Diese Lüfterlauferschaufelreihe k6 sitzt in einer Ringleitung 47» welche das Gehäuse 11a umgibt.

Die Lüfterlöuferschaufelreihe k6, ixe einen Teil eines vorderen Lüfters eines Düsenlüftermotors bildet, sitzt zwischen den festen Schaufelreihen 50, 5^» die ein Susseres RinggehHuse abstützen.

Es ist zu ersehen, dass beim Aufbau nach Fig. 2, der vordere Lüfter vom Kompressor ohne Zwischenschaltung eines Getriebes angotrieben wird,

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Fig. 3 zeigt ein Triebwerk 10b, das dem Triebwerk 10a in Fig. 2 allgemein Shnlioh ist und daher nicht im Einzelnen beschrieben wird« Dieses Triebwerk iOb ist jedoch in einem nicht gezeigten Flugzeug auf Drehzapfen 54 angeordnet, um welche das Triebwerk zwischen der horizontalen Vortriebstellung nach Fig« 3 und einer nicht dargestellten Senkrechthubstellund'verschwenkt werden kann«

Das Triebwerk 10b hat ein Gehäuse 45b, welches Reihen 40b, 4ib und 42b von drehbaren Leitradscheufeln eines Kompressors 12b und eine Lüfterlauferschaufelreihe 46b trögt. Eine Bandbremse 54' kann durch nicht dargestellte Mittel in und aus Eingriff mit dem Gehäuse 45b gebracht werden.

Venn das Triebwerk 10b beim Betrieb vertikal steht und als Senkrechthubwerk benützt wird, ist die Bremse 54* gelöst. Das Triebwerk wirkt dann als Düsenlüfter, wobei die LÜfterlSuferroihe 46b durch die drehbaren Leitradschaufelreihen 40b,4ib,42b angetrieben wird«

^TJenn das mit dem Triebwerk 10b ausgestattete Flugzeug eine genügende Höhe erreicht hat, wird das Triebwerk 10b um 90 in die in Figur 3 gezeigte Horizontalstellung gedreht. Dann wirkt das Triebwerk 10b als Vortriebwerk, die Bremse 54' wird angezogen und die Rotation der Reihen 40b, 4ib, 42b wird beim Vorwortsflug verhindert.

Fig. 4 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10c. mit einer von einer nicht dargestellten Turbine angetriebenen Welle 16c, Die Welle i6c treibt Lüuferschaufelreinen 55, 56, 57, 58 des Kompressors 12c. Der Kompressor 12c hat feste Einlass- und Auslassleitschaufeln 591 bzw. 6ü, die in einem Ringgehäuse 61 montiert sind.

Dei; Kompressor 12c hat auch drehbare Leitradschaufelreihen 62, 63, 64, 65, die in einem RinggehHuse 66 sitzen, welches drehbar im Gehäuse 61 gelagert ist. Die drehbare Leitradschaufelreihe 62 sitzt auf einem RinggehSuse 67» welches eine Luftschraube 08 trügt.

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Die Luftschraube 68 wird daher durch die drehbaren Leitschaufeln 02-65 angetrieben»

Fig, 5 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 1Od mit einer einstufigen Turbine I4d, die eine Welle I6d antreibt. Die T-JeI Ie I6d treibt Läuferschaufelreihen 71, 72, 73 ein Hochdruck- !compressors Th an, welcher auch drehbare Leitradschaufplreihen 75» 76,77 besitzt.

Die drehbaren Leitrads chattfeieihen 75»76,77 sitzen in einem Ringgehäuse 80, wel ches drehbar in einem Ringgehäuse 81 angeordnet ist. Das Geh&use 81 hat feste Auslassleitschaufeln 82 des Hoohdruckkompressors 7^·

Das Triebwerk 1Od hat auch einen ITiederdruckkompresflor¹ 83 mit festen Leitradschaufelreihen 8k, 85, wobei die Reihe 85 auf dem Gehäuse 81 sitzt»

Der HiederdruckkomproBSor 83 hat einen Läufer 86 mit Läuferschaufelreihen 87, 88. Der Läufer 86 ist antriebsmässig durch ein sich radial erstreckendes Ringglied 89 mit dem Gehäuse 80 und damit mit den drehbaren Leitradschaufelreihen 75»76,77 verbunden.·

Die drehbaren Leitradschaufeln des Hochdruckkompressors 7^ dienen daher dazu, die Lauferschaufein des Niederdruckkompressorβ 83 zu drehen, wobei eine einzige Turbine I4d zum Antrieb genügt.

Natürlich kann auch die im Vorangehenden beschriebene einstufige Turbine auch durch mehrstufige Turbinen ersetzt werden.

Fig, 6 zeigt ein Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk 1Oe mit einem Gehäuse 11e, um das herum ein ringförmiges Kuss ere s Gehäuse 93 angeordnet ist,

Pas Triebwerk 1Oe hat eine einstufige Turbine i4e, die eine T/elle I6e antreibt, die ihrerseits Läufer schaufelroihen 95, 96, 97 und 98 einesK>rapressoi«s 12e.antreibt. Der Kompressor

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12e hat feste Einlass- und üuslassschaufelreihen 3Oe, bze,31e und feste Leitradschaufelreihen 100, 101.

Der Kompressor 12e hat auch auf einem RinggehSuse angeordnete drehbare Leitradschaufelreihen 102, 103, 104.

Dieses RinggehHuse 105 trSgt eine Reihe 106 von LÜftorlSuferschaufoln, , die in einer ringförmigen, zwischen den GehSusen 93» 11e gebildeten Nebenstromleitung 107 angeordnet sind· Die Reihe 106 sitzt zwischen festen Leitschaufeln 108, 109, welche das GehÖuse 93 am Gehäuse 11e abstützen.

In der Konstruktion nach Fig. 6 wird beim Betrieb Luft durch die Nebenstromleitung 107 durch die LüfterlSuferschaüfelreihe 106 angesaugt, wobei die Reihe 106 durch die drehbaren Leitradschaufelreihen 102, 103, Ίθ4 angetrieben wird*

Fig. 7 zeigt ein Nebenstrom-Gasturblnenstrahltriebwerk 1Of mit einer einstufigen Turbine i4f. Das Triebwerk 1Of hat ein üusseres und ein inneres GehSuse 93f» bzw. 11f, die zusammen eine ringförmige Nebenstromleitung 107f bilden.

Die Turbine i4f treibt eine Welle I6f, die ihrerseits die La*ufer 113» 114, des Hochdruck-, bzw. Niederdruckkompressors 115» 116 antreibt.

Der Hochdruckkompressor 116 hat fünf Reihen von L8uferschaufeln, die auf den LMufer 114 sitzen. Die Reihen 117 wechseln mit vier Reihen von festen Statorschaufeln 118 ab, die innerhalb des Gehäuses 11f angeordnet sind»

Der Niederdruckkompressor 113 hat fünf auf dem Rotor 113 sitzende LSuferschaufe!reihen 120, Der Niederdruckkompressor 113 hat auch drehbare Leitschaufelreihen 121, 122, 123, 124, 125» 126, von denen die Reihen 121, 122 und 123 iait den im stromaufwHrtigen Teil der Nebenstromleitung 107f angeordneten Lüfterlöuferreihen 127, 128 und 129 in einem Stück gebaut sind.

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Der Setrieb des Triebwerks 1Of nach Fig. 7 ist im allgemeinen dem des Triebwerks 1Oe nach Fig. 6 ähnlich.

Fig. 8 zdigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10g mit einer einstufigen Hochdruckturbine I30 und einer zweistufigen Uiederdruckturbine I31. Die Hochdruckturbine treibt über eine Welle 132 fünf Reihen 133 von Lauferschaufeln eines Hochdruckkompressors 134, dessen feste Leitradschaufeln 135 auf dem Triebwerkgehäuse 136 angeordnet sind.

Die Niederdruckturbine I3I treibt über eine konzentrisch in der "tfelle I32 angeordnete Welle 137 vier Reihen von LÖuferschaufein 14O eines Niederdruckkompressors 1*1-1* Jeweils zwischen benachbarten Paaren von Reihen 14O befindet sich eine drehbare Leitradschaufelreihe 142. Diese Reihen 142 sind auf einem drehbaren Ringgeha'use 143 angeordnet, welches drei Ltifterläuferschaufelreihen 144 trgt, die ihrerseits in einer das Gehöuse I36 umgebenden Ringleitung 145 sitzen. Die Reihen 144, die einen Teil des Vorderlüfters eines DUsenlüftermotors bilden, sind zwischen festen Schaufelreihen 146 angeordnet, die ein ringförmiges, äusseres Gehäuse 147 abstützen.

Fig. 9 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10h, das im wesentlichen dem nach Fig. 8 gleicht und nicht daregestellte Hoch- und Miederdruckturbinen hat, welche die Läuferschaufeln 133h und i40h eines Hechdruck- und eines Niederdruckkompressors 134h, bzw. I4ih über konzentrische "iJellen 132h und 137h. antreiben. Das Triebwerk 10h umfasst jedoch nicht einen Vorderlüfter.

Der Niederdruckkompressor i4ih hat drehbare Leitradschaufelreihen i42h, die in einem drehbaren Ringgeha'use i43h sitzen. Dieses Gehäuse i43h hat einen Musseren Zahnkranz 150, der mit einem Zahnrad 151 auf einer Eingangswelle 152 eines Getriebes 153 kämmt, das mit Vorwärts- und Rückgangsgetrieberädern ausgestattet ist. Das Getriebe 153 treibt eine Ausgangswelle 154, dio ihrerseits über eine Kegelradgetriebe I56. ein Steuer betätigt.

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Bine Bremse I57 steht normalerweise mit dem Gehäuse 143 in Eingriff. Wenn das Steuer I55 bewegt werden soll, wird die Bremse 157 gelöst und das Steuer wird in die eine oder andere Winkelstellung gebracht, je nachdem, ob der Vorworts- oder Rückwärtsgang des Getriebes I53 gewHhlt wurde»

Figi 10 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 1Oj mit nicht dargestellten Hoch- und Niederdruckturbinen, die über konzentrische fellen 132j, 137J die LHuferschaufeln 133J, des Hochdruck», bzw. Niederdruckkompressors antreiben.

Der iJiederdruckkompressor i4ij hat Reihen I60 von festen Leitradschaufeln und eine Reihe I6I von drehbaren Leitradschaufeln, Die Reihe 161 sitzt auf einem drehbaren Ringgehöuse 162, das über ein Kegelradgetriebe I63 mit einer Welle "\6k verbunden ist, welche die Hilfseinrichtungen des Gasturbinentriebwerks, z.3. die Brennstoffpumpe,antreibt.

Fig. 11 zeigt ein Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit zwei Wellen, mit einem über eine "./eile I68 von einer Niederdruckturbine angetriebenen Niederdruckkompressor 10 und einem über eine '.^relle I69 von e'iner HAchdruckturbine 173 angetriebenen Hochdruckkompressor 172, wobei diese fellen 168,169 konzentrisch angeordnet sind. Der Niederdruckkompressor 170 hat eine drehbare Einlassleitschaufelreihe I67 und drei drehbare Leitradschaufelreihen 17^-» die auf einem GewhHuse angeordnet sind, welches drehbar in Lagern 176 und 177 eitzt.

Das GehHuse 175 trügt zwei Reihen ikka von LtifterUiuferschaufein, die in einer Ringleitung 1^5a angeordnet sind, welche das GehHuse 175 umgibt. Die Reihen i4^a bilden einen Teil eines Vorderlüfters mit einem ringförmigen, Busseren Gehäuse IkTa, welches zwei feste Schaufelreihen i46a abstützt*

Erwünschtenfalls kann der Niederdruckkompressor I70 auch mit einer nicht dargestellten Reihe von drehbaren Auslassleitschaufeln ausgestattet sein«

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SrwÜnschtenfalls kann der durch die Lüfter nach Fig.8 oder 11 erzeugte Luftdruck sich weitgehend von dem durch die Kompressoren des Triebwerks erzeugten unterscheiden. Der Lüfterluftstrom kann vom Kompressorluftstrom vollkommen selbstständig und unabhängig sein und der Lüfter kann als Pumpe benützt werden, z.B. " für die Grenzluftsaugung, zum Anliefern von Luft für die Senkrechthublüfter, oder zur Luftversorgung für die S,teuerorgane des Flugzeugs während des Senkrechtstarts oder -Landens»

Der Einsatz von drehbaren Leitradschaufeln in einem Nebenstrom-Gasturbinentriebwerk ist besonders vorteilshaft* da für ein bestimmtes NebenstromverhÖltnis der Einsatz von drehbaren Leitradschaufeln auf dem Niederdriickkompressor zu. einer kleineren Stirnfläche führt. Dies folgt aus der Reduktion der relativen Geschwindigkeit der Läuferschaufeln gegenüber den Leitradschaufeln eines Niederdruckkompressors. Dies ermöglicht eine höhere Axialgeschwindigkeit für den Luftstrom durch den Niederdruckkompisssor und damit auch eine kleinere Stirnflache, sodass auch das Gewicht des Kompressors kleiner wird. Obwohl der Einsatz von drehbaren Leitradschaufeln diesen Vorteil mit allen Gasturbinentriebwerken zu einem gewissen Grad ergibt, wird der grösste Vorteil bei Nebenstromtriebwerken mit einem hohen NebenstromvefhSltnis erzielt,

Fig. 12 zeigt ein Nebenstromtriebwerk 10k mit einer einstufigen Eochdruckturbine 130k, und einer einstufigen Niederdruckturbine 131k. Die Hochdruckturbine 130k treibt über eine TieHe 132k Reihen 133k von LHuf er schaufeln eines Ilochdruckkompressors 13^k an, dessen feste Leitradschaiafeln 135k auf dem Gehäuse 136k sitzen.

Die Niederdruckturbine 131k treibt über eine konzentrisch in der pfeile 132k angeordnete "felle 137k vier Reihen 1*K)k von Lauferschaufeln eines Biederdruckkompressors i4ik an« Jeweils zwischen einem Paar benachbarter Reihen i40k befindet sich eine Reihe 1^2k von drehbaren Leitradschaufeln; der Niederdruckkompressor i4ik hat auch eine Reihe 167k von drehbaren 3inlassleitschaufeln. Die Reihen i42k, 167k sind in einem drehbaren

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Gehöuse i43k angeordnet, welches drei Reihen von Lüfterläuferscii£ufeln i44k trägt, die in einer ringförmigen Ltifterleitung 1^5k sitzen, welche das Gehäuse 143k umgibt. Die Reihen i44k, welche «inen Teil eines Vorderlufters bilden, liegen zwischen den Reihen i46k von festen Schaufeln, die ein äusseres, ringförmiges Gehäuse 1^7k abstütaen.

Das Triebwerk 10k ist nicht nur ein EUsenlüftertriebwerk, sondern euch ein Nebenstrontriebwerk mit einer Nebenstromleitung I65. Diese Leitung, die einen Teil der im Wiederdruckkorapressor i4ik verdichteten Luft und auch die durch die Lttfterleitung 1^5k durchströmende Luft empfängtj umgibt in Ringforra das TriebwerkgehMuse 136k. Natürlich nuss hier das Lüfterdruckverhältnis in wesentlichen dasselbe sein, wie das Druckverhältnis des ITiederdruckkompressors.

Der Einsatz von drehbaren Leitradschaufeln sum Antrieb eines Düsenltffters nach Fig.12 in einem Nebenstromtriebwerk hat den Vciitßil, dass ein sehr hohes ITebenstromverha'ltnis möglich ist« üin erfindungsgeinJias ausgestattetes Nebenstromtriebwerk dieser i.rt nit einem hohen DruckverhHltnis und hohen TempeHatüren kann ein höheres iTebenstromverhältnis erzeugen. Hierzu ist es nur notwendig, die Leitradschaufeln des Hiederdruckkompressors durch drehbare Leitradschaufeln zu ersetzen und diese drehbaren Leitrpdschaufeln zum /ntrieb eines Lüfters zu benützen. In c'ieaBEi Falle sind auch" weniger Stufen einer Niederdruckturbine nötig, da die ITi ed er druckwelle schneller umlaufen kann, weil das Spitzengeschwindigkeitsproblem nicht in Frage kommt.

Oer durch die Lüfterleitung 1^5k durchströmende Luftstrom kann ir.it dein Hebenstrom und mit dom 'Düsenauslauf in einer Ebene zusammenlaufen oder die beiden Ströme können durch nicht clargostellte ilebenstrom-liischer vermischt werden, die beispiela·· woiso aus kurzen, sich von der Lüfterleitung zur Nebenstromleitung erstreckenden RohrstuLuieln bestehen. Die kurzen Rohrrjtunrjol können sich auch bis zur Strahlleitung erstrecken, sodass uinor oder beide Ströme alt den Strahlgasen vermischt werden, bevor diese durch die Enddüse durchströmen.

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Pig. 1"3 zeigt ein STebenstroEi-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einen "wisciienverdichter. Das Triebwerk umfasst einen ITiederdruckkoopressor 178, der durch eine zweistufige Niederdruckturbine angetrieben wird, einen von derselben Turbine 179 angetriebenen Zwischenkompressor 180 und einen von einer Hochdruckturbine 182 angetriebenen Hochdruckkompressor 181.

Der liiederdruckkompressor 178 hat drei drehbare Leitradsnhaufelstufen 183 und eine Reihe von drehbaren Einlassleitschaufelni188 die auf einem drehbar auf Lagern 185 und 186 angeordneten Gehäuse 184 sitzen. -■ .

Dae Gehäuse 184 hat zwei Lüfterllfuferschaufelreihen i44b, die in einer Hingleitung i45b sitzen, welche das Gehäuse 184 umgibt. Die Reihen ~\kkh bilden einen Teil eines Vorderltifters, dessen ringförmiges äusseres Gehäuse i47b zwei Reihen i46b von festen Schaufeln abstützt.

In einem Webenstronitriebwerk mit einem Zwischenverdichter liegt eine Schwierigkeit darin, dass die Drehzahl des Zwischenverdichters praktisch durch, die Drehzahl des Niederdruckverdichters begrenzt ist, sodass der Swischenverdichter nihht auf voller Leistung gefahren werden kann. Die drehbaren Leitradschaufeln, ermöglichen es, den. ITiederdruckkompressor schneller laufen zu lassen, ohne dabei Gefahr au laufen, dass- die Spitzen Schallgeschwindigkeit erreichen, sodass auch der Zwischenverdichter schneller laufen kann. Hierdurch kann der Zwischenverdichter kleiner ausgelegt werden, dabei jedoch schneller laufen und denselben ilassenfluss bewältigen. Das ganze Problem des üngleichens des Nied.erdruck- und Hochdruckkorapressors wird erleichtert und ein besseres Hebenstromverhaitnis ist bei kleinerer Stirnflache möglich..

Fig. 14 zeigt ein Hebenstrorntrlebwerk derselben Art wie Fig. 13» wobei die drehbaren Leitradschaufeln 183a jedoch drei Reihen ΙΟ? von LUf terläuf erschauf ein eines Dilsenlttfters antreiben. Der Luftstrom aua diesem Dusenlttfter wird in die ITebenstroinleitung durch kurze Rohrstuaimel 139 eingeleitet.

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Die Leitradschaufeln, des Zwischenverdichters nach Figures 13 und 14 können drehbar sein und mit den drehbaren Leitradschaufeln des Niederdruckkompressors verbunden sein, wodurch das Drehinamant der drehbaren Leitradschaufeln des Zwischenverdichters einen Teil des zum Antrieb der Lüfterläuferschaufeln benutzten Drehmontmts bildet. In diesem Falle lässt sich ein bedeutend höheres Nebenstromverhjfltnis erzielen.

Fig. 15 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einer Welle; die Hauptwelle I90 wird hier durch eine nicht dargestellte Trubine angetrieben und treibt ihrerseits vier Lauferschaufelreihen 191 eines Niederdruckkompressors 192 und Lauferschaufelreihen 193 eines Hochdruckkompressors 19^. Die TJelle 190 treibt auch über ein Kegelradgetriebe I96 eine Welle 195, die ihrerseits die Hilfseinrichtungen des Triebwerks betätigt.

Der NiederdruckkoEipressor 192 hat drei drehbare Leitradsoh.aufeireihen 197 und eine drehbare Sinlassieitschaufelreihe 198, wobei die Reihen 197, I98 auf einem drehbaren Ringgehäuse 200 sitzen.

Das Gehäuse 200, das das innere Gehäuse eines Vorderlttfters 201 bildet, hat zwei LUfterläuferschaufelreihen 202 und eine Reihe 203 von drehbaren Einlsssleitschaufeln, die zur Änderung des Flusses durch den Lüfter verstellt werden können. Die LtIfterlöuferschaufein 202 und drehbaren Leitradschaufeln 197 sind, wie aus Fig.15a ersichtlich, mit dem Gehäuse 200 durch geneinsame Stifte 201* verbunden.

Der Lüfter 201 hat ein Husseres Gehäuse 205 rait festen Leitradschaufeln 206.

Fig. 16 zeigt schliesslich ein Hebenstroragasturbinenstrahltriebwerk 10m, das im wesentlichen dem nach Fig.12 entspricht und daher nicht im Einzelnen beschrieben wird. Im Gasturbinenstrahltriebwerk 1On kommuniziert jedoch, das stromabwärtige Ende der Nebenstromleitung I65n nit dem Strahlrohr 207 durch kurze i-ischrohre 200, während die LUfterleitung, die praktisch eine -weite Nebenstromleitung 1^5m darstellt, nicht mit der

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Hebenstroialθitung I65m faominuniziert , sondern über kurze Mischrohre 209 mit dem Strahlrohr 207» wobei diese Kischrohre stromabwMrts der Mischrohre 208 angeordnet sind*

Die Anordnung nach Fig.i6 ermöglicht es, einen konventionellen" Schubdeflektor (nicht gezeigt) ad stromabwärtigen Ende des Strahlrohrs 207 vorzusehen« Sie hat auch den Vorteil, dass ein höherer Schub und ein besseres Nebenstromverha*ltnis erhalten wird, als bei der /.usffin-^ungeform nach Pig. 12. Dieser höhere Schub folgt aus dex* Tetsache, dass der Druck im Strahlrohr 207 !deiner ist als der Druck am stromabwa*rtigen Ende des Hiederdruckkompressors i4iti, sodass ein geringerer Lttfter-Lieferdruck benötigt wird,um gutes Durchmischen in den Rohren 209 zu erzielen*

Ss folgt aus der vorangehenden Beschreibung,· dass es durch die Erfindung möglich ist, einen Teil des durch ein Gasturbinenstrahltriebwerk erzeugten Drehmoments Über drehbare Leitradschaufeln zum i.ntrieb eines angetriebenen Teils (z.B. einer Luftschraube 68, eines LtifterlHufers 46, eines Steuers 155» einer Hubschraube (nicht gezeigt) oder einer ebenfalls nicht gezeigten Stroraerzeugungsanlage) zu benützen, welcher zu seinen Antrieb ein grösseres Drehmoment erforderte

... Patentansprüche ...

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Axialkompressor oder Lüfter, umfassend mindestens eine Reihe von Leitradschaufeln und eine Reihe von Löuferschaufeln, unmittelbar neben der oder jeder Reihe von Leitradschaufeln, und Antriebsmittel zukii positiven Antrieb der Reihe oder Reihen von Löuferschaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitradschaufeln (i42) nit einer Spitzengeschwindigkeit gedreht werden können, die kleiner ist als die der Läuferschaufeln , jedoch in einem Verhältnis dazu steht.

2« Kompressor oder Lüfter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen angetriebenen Teil (144), welcher zum Antrieb ein grösseres Drehmoment erfordert und welcher antriebsma'ssig rait de» drehbaren Leitradschaufeln (142) verbunden ist, sodass ein Teil der Drehmomentleistung der Antriebsmittel (131,137) sum Antrieb des angetriebenen Teils (144) über die drehbaren Leitradsckaufeln (1^2) benütat werden kann.

3. i\oüipressor oder Lüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Teil ein anderer Kompressor (83)» eine Luftschraube (68), ein Lüfter (144), ein Steuer (155), Hilfseinrichtungen für des Gssturbinentriehwerk (164), eine Hubschraube oder eine Stromerzeugungsanlage ist.

k, Kompressor oder Lüfter nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindung (15*0 zwischen den drehbaren Leitschaufeln (i42h) und den angetriebenen Teil (155) ein Getriebe (153) umfassen.

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5. Konpressor oder Lüfter nach, einem der vorangehenden Ansprüche., dadurch gekennzeichnet,, dass zu den drehbaren, Leitradschaufiin (142) kein positiver Antrieb führt, wobei diese drehbaren Leitradschaufeln (1^2) durch das Strömungsmittel gedreht werden, welches durch die La*uferschaufein (1^O) durch den Kompressor (1^1) oder Lüfter durchgesaugt wird.

6. Kompressor oder Lüfter nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine VM.zahl von Reihen von drehbaren Leitradschaufeln,zwischen welchen keine Antriebsverbindung besteht.

7. Kompressor oder Lüfter nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Reihen von drehbaren Leitradschaufeln (1*1-2), die miteinander verbunden sind und als Einheit umlaufen.

8. Kompresepr oder Lüfter nach Anspruch 5-7»dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor oder Lüfter mit mindestens einer festen Reihe von Leitradscheufeln (32) oder Leitschaufeln ausgestattet ist.

9· Kompressor oder Lüfter nach Anspruch 4-8, gekennzeichnet duch oine Bremse (157), welche im Singriffszustand die Rotation der Reihe oder Reihen von drehbaren Leitradschaufeln (i42h) verhindert.

10. Kompressor oder Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lüfter (lkk),der durch die drehbaren Leitradschaufeln (142) engetrieben wird und in einer ringförmigen LUfterleitung (1^5) angeordnet ist, welche ein GehHuse umgibt und in dem die Löufer und Leitradschaufeln (ikO angeordnet sind.

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11. Gasturbinenstrahltriebwerk ait einen Kompressor nach, einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die .Antriebsmittel eine von einer Turbine {131) des Triebwerks angetriebene ¥elle (137) sind·«

12. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese ¹J₆JLIe (i6d) dia LMuferschaufeln (71-73) eines Hochdruckkonpresoors (7*0 antreibt, welcher mindestans eine Reihe (75-77) von drehbaren Leitredschaufeln hat, die antriebsraSssig mit den LKuferschaufein (87,38) eines Niederdruckkompressors (33) verbunden sind.

13· Gestürbinenstrahltriebwerk mit einem Kompressor nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass des Triebwerk Lagerungen (5*0 hatj durch welche es zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Stellung verschwenkt worden kann, wobei in der Vertikalstellung des Triebwerke (10b) dia Bremse (5^') gelöst wird,8odas8 der in der ringförmigen Ltlfterleitung vorgesehene Lüfter (46b) von den drehbaren. Lei tradscjiauf ein (40b,4ib,^2b) angetrieben wird, während in der Horizontalstellung des Triebwerke (10b) <jie Bremse (5^¹) angezogen ist, um die Rotation der drehbaren Leitradschaufeln (hO,la _tkVb,k2b) und des Lüfters (k6h) zu verhindern.

14. Gasturbinenstrohltriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk iioch- und Niederdruckturbinen (13O| 131) hat, welche über zwei konzentrische TJeIlen (132,137) Hochurid ITiederdruckkompressoren (13^»1^1) antreiben, wobei die drehbaren Leitradscheufeln (1^2.) einen Teil des Hiederdruckkonpressors (1^1) bilden.

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U28220

15· Febonstroca-GssturbirEnstrahl triebwerk mit einem Kompressor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Lüfterleitung (i^5k) ausserhalb und konzentrisch zur Nebenstromleitung (165) des Triebwerks (i0k) angeordnet ist.

16♦ iiebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 15f

dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Lttfterleitung mit der Nebenstromleitung (165) kommuniziert).

17· Hebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch I5» dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenstromleitung (165m) mit dem Strahlrohr (207) kommuniziert, wobei auch die ringförmige Lüfterleitung (i^5m) mit dem Strahlrohr (207) kommuniziert.

18, Gasturbinenstrahltriebwerk nach einem der Ansprüche 15-17» dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk einen von einer Hochdruckturbine (182) angetriebenen Hochdruckkompressor (181) und von einer Niederdruckturbine (179) angetriebenen Niederdruckkompressor und Zwlschendruckkompressor (178,130) hat.

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