DE1428220C3 - Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk in Zweiwellenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk in Zweiwellenbauart mit einem Niederdruck- und einem Mitteldruckverdichter, die auf einer gemeinsamen ersten Welle angeordnet sind und über diese von einer Niederdruckturbine angetrieben werden, sowie mit einem Hochdruckverdichter, der über eine konzentrisch innerhalb der ersten Welle gelagerte zweite Welle von einer Hochdruckturbine angetrieben wird, und mit hinter dem Niederdruckverdichter abzweigendem Mantelstromkanal. Solche Strahltriebwerke sind im wesentlichen bekannt, wie z. B. die britische Patentschrift 879 969 zeigt.

Bei einem Gasturbinenstrahltriebwerk dieser Art wird ein erheblicher Nachteil darin gesehen, daß die Drehzahl des Mitteldruckverdichters praktisch durch die des Niederdruckverdichters begrenzt ist, so daß der Mitteldruckverdichter nicht auf voller Leistung und nicht mit optimalem Wirkungsgrad gefahren werden kann.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinenstrahltriebwerk der eingangs genannten Gattung so weiterzuentwickeln, daß dem Mitteldruckverdichter zur Vermeidung der genannten Nachteile eine höhere Drehzahl erteilt werden kann, wobei gleichzeitig das Gesamtmassenstromverhältnis des Triebwerks erhöht werden soll.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß zumindest ein Teil der Leitradstufen des Niederdruckverdichters einen von der diesen Verdichter durchsetzenden Luft angetriebenen Leitradrotor bildet, der ein den Niederdruckverdichter umgebendes ummanteltes Frontgebläse antreibt.

Der entscheidende Vorteil dieser Anordnung, bei der es also auf das Vorhandensein eines Mitteldruckverdichters ankommt, liegt in folgendem: Der Laufradbeschaufelung des Niederdruckverdichters kann eine wesentlich höhere Drehzahl zugemutet werden, weil bei dem rotierend ausgebildeten Teil der Leitradstufen dieses Verdichters die Relativgeschwindigkeit zwischen dessen Leitradschaufeln und Laufradschaufeln verringert ist und die Auslegung leicht so vorgenommen werden kann, daß die

ίο relative Luftgeschwindigkeit auch bei hoher Laufradgeschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit liegt. Das nämlich ermöglicht die höhere Drehzahl des Mitteldruckverdichters, so daß dieser selbst bei größerem Strömungsdurchsatz kleiner gebaut werden kann. Zugleich wird das Problem des gegenseitigen • Angleichs von Nieder-, Mittel- und Hochdruckverdichter vereinfacht, und. es wird bei kleinerer Frontalfläche des Triebwerks ein günstigeres Gesamtmassenstromverhältnis ermöglicht.

Zum Stand der Technik ist hier ein aus der schweizerischen Patentschrift 271 479 bekanntes Triebwerk zu erwähnen, bei dem ebenfalls der Verdichter einen leistungsabgebenden Leitschaufelrotor aufweist, der von der den Verdichter durchsetzenden Luft angetrieben wird. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Zweck, einen langsameren Lauf des Turbinen-Laufschaufelrotors und des mit ihm gekoppelten Verdichter-Laufschaufelrotors zu ermöglichen, wobei die dadurch verursachte Verringerung der Leistungsabgäbe durch die Leistungsabgabe des genannten Leitschaufelrotors einigermaßen ausgeglichen wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dabei schon deshalb nicht berührt, weil im letztgenannten bekannten Fall ein Mitteldruckverdichter nicht vorhanden ist, und die bekannte Anordnung ist daher auch nicht geeignet, zur Lösung der gestellten Aufgabe einen Beitrag zu liefern.

In Ausgestaltung des Gegenstands nach Anspruch 1 steht das stromabwärtige Ende des Frontgebläsekanals mit dem Mantelstromkanal in Strömungsverbindung, und zwar zweckmäßig über besondere Rohrstummel. Der Frontgebläsekanal kann auch derart verlängert sein, daß er ins Strahlrohr des Grundtriebwerks einmündet, und zwar stromab derjenigen Stelle, an der sich die vom Niederdruckverdichter durch den Mantelstromkanal ankommende Luft mit den Abgasen aus der Turbine mischt, d. h., das vom Gebläsestromkanal umgebende Triebwerk arbeitet in diesem Fall seinerseits nach dem Prinzip der Mischung der Teilströme.

Im folgenden wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Hierbei geben die F i g. 1 und 2 Längsschnitte durch erfindungsgemäße Triebwerke wieder.

F i g. 1 zeigt ein Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Mitteldruckverdichter. Das Triebwerk hat einen Niederdruckverdichter 178 mit Reihen von Laufradschaufeln 178 a, die über eine Welle 178 ft von einer zweistufigen Niederdruckturbine 179 angetrieben werden. Ein Mitteldruckverdichter 180 hat Reihen von Laufradschaufeln 180 a, die über die Welle 178 ft von derselben Turbine 179 angetrieben werden. Der Antrieb des Hochdruckverdichters 181 mit den Reihen von Laufradschaufeln 181 a erfolgt über eine Welle 181 ft von einer Hochdruckturbine 182. Die Welle 178 ft ist konzentrisch innerhalb der Welle 181 ft angeordnet. Der Leitradrotor 183 des Niederdruckverdichters 178 ist dreistufig ausgebildet und hat eine

Reihe von ebenfalls rotierenden Einlaßleitschaufeln 188, die von einem auf Lagern 185 und 186 drehbaren Gehäuse 184 getragen werden. .

Das Gehäuse 184 trägt ein zweistufiges Frontgebläse 1446, das in einem Ringkanal 145 b angeordnet ist, der das Gehäuse 184 umgibt und radial außen von einem Gehäuse 147 b begrenzt wird. Dieses Gehäuse wird von Statorschaufeln 146 b getragen.

Ein Mantelstromkanal 165 b zweigt vom stromabwärtigen Ende des Niederdruckverdichters 178 ab, so daß ein Teil der Luft aus dem Niederdruckverdichter in den Mantelstromkanal gelangt. Der Mantelstromkanal 165 b bildet dabei einen Nebenschluß für die Verdichter 180 und 181 und für die Turbinen 179 und 182.

Gegenüber F i g. 1 zeigt F i g. 2 ein Mantelstromtriebwerk mit einem dreistufigen Frontgebläse. Die rotierenden Leitradschaufeln 183 g des Niederdruckverdichters treiben also drei Reihen von Laufradschaufeln des Frontgebläses an. Der von diesem Gebläse verdichtete Luftstrom wird dann durch kurze Rohrstummel 189 in den Mantelstromkanal 165 c eingeleitet.

Auch die Leitradschaufeln des Mitteldruckverdichters nach den F i g. 1 und 2 können rotierend sein und mit den rotierenden Leitradschaufeln des Niederdruckverdichters verbunden sein, wodurch das Drehmoment der rotierenden Leitradschaufeln des Mitteldruckverdichters einen Teil des zum Antrieb der Gebläseradschaufeln benötigten Drehmoments beisteuert. Besonders in diesem Fall läßt sich ein bedeutend höheres Mantelstromverhältnis erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mantelstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk in Zweiwellenbauart mit einem Niederdruck- und einem Mitteldruckverdichter, die auf einer gemeinsamen ersten Welle angeordnet sind und über diese von einer Niederdruckturbine angetrieben werden, sowie mit einem Hochdruckverdichter, der über eine konzentrisch innerhalb der ersten Welle gelagerte zweite Welle von einer Hochdruckturbine angetrieben wird, und mit hinter dem Niederdruckverdichter abzweigenden Mantelstromkanal, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Leitradstufen des Niederdruckverdichters (178) einen von der diesen Verdichter durchsetzenden Luft angetriebenen Leitradrotor (183,188) bildet, der ein den Niederdruckverdichter umgebendes ummanteltes Frontgebläse (144 ft, 187,144 m) antreibt.

2. Mantelstrom - Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende des Frontgebläsekanals mit dem Mantelstromkanal (165 c) in Strömungsverbindung steht (F i g. 2).

3. Mantelstrom - Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung des Frontgebläsekanals mit dem Mantelstromkanal (165 c) über Rohrstummel (189) erfolgt.