DE1476735C3 - Gasturbinentriebwerk mit zwei Leistungsabnahmevorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter einer Brennkammeranordnung und drei nacheinander von den Treibgasen durchströmten Turbinenläufen, von denen der erste den Verdichter antreibt und der zweite sowie der dritte mit je einem Eingangsglied eines Differentialgetriebes verbunden sind, dessen Ausgangsglied mit einer Leistungsabnahmevorrichtung gekoppelt ist, und mit einer zwischen dem zweiten und dritten Turbinenläufer angeordneten Vorrichtung zur Steuerung der Treibgasströmung.

Die an der Antriebswelle eines Gasturbinentriebwerks abgenommene mechanische Leistung ist in vielen Fällen erheblichen Schwankungen unterworfen.

Beispiele hierfür sind die Verwendung des Triebwerkes zum Antrieb von einem oder mehreren Hubschrauber-Rotoren oder Hubgebläsen eines Luftfahrzeugs oder zum Antrieb eines Wechselspannungsgenerators, dessen Drehzahl aus Frequenzgründen konstant gehalten werden muß, während die aufgenommene Leistung entsprechend dem Verbrauch schwankt.

Ein Gasturbinentriebwerk mit zwei hintereinandergeschalteten Gasturbinenläufern, die mit je einem Eingangsteil eines Differentialgetriebes verbunden sind, dessen Ausgang ein mechanisches Abtriebsteil ist, ist aus der österreichischen Patentschrift 211 612 bekannt. Zwischen den Läufern des bekannten Triebwerks sind verstellbare Leitschaufeln angeordnet, die die Gasströmung zwischen den Gasturbinenläufern und damit die Leistungsverteilung zwischen diesen steuern. Das Triebwerk ist für ein Fahrzeug bestimmt, dessen Fahrtrichtung, und damit die Verteilung, der Leistung auf die für die Vorwärtsfahrt bzw. Rückwärtsfahrt dienenden Tufblnenräder, durch BremseiTgeSteuert wird.'

Aufgabe der Erfindung ist, ein Gasturbinentriebwerk anzugeben, das in der Lage ist, zwei verschiedene Leistungsabnahmevorrichtungen anzutreiben, ohne daß diese sich gegenseitig beeinträchtigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das in Patentanspruch 1 beschriebene Gasturbinentriebwerk.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Ausgangsleistung des Gasturbinentriebwerks in veränderbarer und steuerbarer Weise zwischen zwei Leistungsabnahmevorrichtungen aufteilbar ist.

Bei Verwendung eines solchen Triebwerks in einem Hubschrauber treibt beispielsweise die Abtriebswelle des Differentialgetriebes mindestens einen Hubschrauber-Rotor, und die zusätzliche Leistungs-. abnahmevorrichtung ist ein Gebläserotor, der Luft zu mindestens einer Schubdüse fördert. Ein Triebwerk dieser Art wird gelegentlich als Hubschrauber-Verbundtriebwerk bezeichnet.

Hierbei und bei anderen Anwendungsgebieten eines Triebwerks gemäß der Erfindung, bei denen vom zweiten oder dritten Turbinenläufer direkt Leistung abgenommen wird, kann die Steuerung der Abgasströmung durch den verstellbaren Düsenring so ausgebildet sein, daß sie die Drehzahl des oder der zusätzlichen Leistungsverbraucher, z. B. eines Gebläses, gewünschtenfalls auf Null herabzusetzen gestattet.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für Triebwerke gemäß der Erfindung, die eine zusätzliche Vorrichtung zur Abnahme von Leistung vom zweiten oder dritten Turbinenläufer enthalten, sind Luftkissenfahrzeuge. Das Ausgangselement des Differentialgetriebes kann in diesem Falle zum Antrieb eines oder mehrerer Gebläse dienen, die die Luft zur Erzeugung des Luftkissens fördern, während die zusätzliche Leistungsabnahmevorrichtung ein weiteres Gebläse antreibt, das eine oder mehrere Schubdüsen speist.

Bei wieder einem anderen Anwendungsgebiet eines solchen Triebwerks gemäß der Erfindung in einem Luftfahrzeug kann das Ausgangselement des Differentialgetriebes ein als Hubgebläse arbeitendes, ummanteltes Gebläse antreiben, während die Vorrichtung zur Abnahme zusätzlicher Leistung ein Gebläse antreibt, das Luft zu einer oder mehreren Schubdüsen fördert.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der

Erfindung ein Hubschrauber-Triebwerk dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine geschnittene Seitenansicht des hinteren Teiles des Triebwerks und

F i g. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung wesentlicher Teile des in F i g. 1 dargestellten Triebwerks.

Das als Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Zeichnung dargestellte Gasturbinentriebwerk enthält einen Turbinenläufer 1, der in üblicher Weise einen nichtdargestellten Verdichter antreibt, der Luft in eine Brennkammeranordnung fördert, aus der die Abgase durch einen üblichen Düsenring zum Turbinenläufer 1 strömen. Der Verdichter und die Brennkammeranordnung sowie der Turbinenläufer 1 sind im vorderen Teil eines Hauptgehäuses 2 des Triebwerks untergebracht. Im hinteren Teil des Hauptgehäuses 2 sind drehbar eine Innenwelle 3, auf deren vorderem Ende ein zweiter Turbinenläufer 4 angeordnet ist, und eine .zur Innenwelle koaxiale Außen- oder Hohlwelle 5, die an ihrem vorderen Ende einen dritten Turbinenläufer6.trägt, gelagert. Zwischen dem zweiten und dritten Turbinenläufer 4 bzw. 6 befindet sich ein einstellbarer Düsenring, der in einem Ring angeordnete Leitschaufeln 7 umfaßt, welche durch einen Verstellmechanismus 8 verstellbar sind.

Auf den Spitzen der Schaufeln des Turbinenläufers 6 ist ein rohrförmiges Bauteil 9 montiert, das sowohl zur Kraftübertragung als auch als Nabe eines Gebläses dient, welches vom Turbinenläufer 6 angetrieben wird. Das Bauteil 9 trägt einen Kranz Gebläseschaufeln 10, die in einem ringförmigen Luftkanal 11 angeordnet sind und Luft durch diesen und einen Ring Leitschaufeln 12 zu einer »kalten« oder Luftschubdüse 13 fördern, welche eine »heiße« oder Abgasschubdüse 14 umgibt, der die Abgase durch einen Abgaskanal 15 zugeführt werden, nachdem sie der Reihe nach die Turbinenläufer 1,4 und 6 beaufschlagt haben.

Die Wellen 3 und 5 reichen in ein Getriebegehäuse . 16 hinein, welches an der Innenwand des Abgaskanals 15 befestigt ist und ein epizyklisches Differentialgetriebe mit einem auf dem hinteren Ende der Hohlwelle 5 montierten Sonnenrad 17, einem mit dem hinteren Ende der Innenwelle 3 verbundenen, gezahnten Ring oder Innenzahnrad 18 und einem Planetenradträger 19, welcher Planetenräder 20 trägt, die zwischen dem Sonnenrad 17 und dem Innenzahnrad 18 angeordnet sind und mit diesen kämmen, enthält. Der Planetenradträger 19 ist mit einer Muffe 21 fest verbunden, die in Lagern 22 im Getriebegehäuse 16 gelagert ist und am vorderen Ende ein Kegelrad 23 trägt, das mit einem Kegelrad 24 kämmt, welches durch ein Lager 25 im Getriebegehäuse 16 gelagert und mit einem unteren Ende einer vertikalen Welle 26 verbunden ist, die eine Ausgangs- oder Abtriebswelle darstellt und einen oder mehrere Hubschrauber-Rotoren über ein entsprechendes Untersetzungsgetriebe antreibt. Das Kegelrad 23 kämmt außerdem mit einem weiteren Kegelrad 27, das durch ein Lager 28 A koaxial zum Kegelrad 24 im Getriebegehäuse 16 gelagert ist, und das Kegelrad 27 kämmt wiederum mit einem Kegelrad 28, das durch ein Lager 29 koaxial zum Kegelrad 23 gelagert ist und seinerseits mit einem Punkt des Kegelrades 24 kämmt, der dem Eingriffbereich der Kegelräder 23, 24 diametral gegenüberliegt.

Das Lager 25 hat vorzugsweise ein gewisses radiales Spiel, damit sich das auf das Kegelrad 24 übertragene Drehmoment gleichmäßig auf die Kegelräder 23 und 28 aufteilt.

Bei Verwendung des Triebwerks in einem Hubschrauber steht dem Piloten normalerweise der übliche Hebel zum Verstellen des Anstellwinkels der Flügel der Rotoren und außerdem ein Steuerglied

ao zum Verstellen des Verstellmechanismus 8 "für- die Leitschaufeln 7 zup=Ver£ügung, während die Zuführung von Brennstoff zur Brennkammeranordnung durch einen Brennstoffregler automatisch geregelt wird, der auf die Drehzahl des Hubschrauber-Rotors

as anspricht und diese wie üblich konstant hält.

Bei Verwendung des Triebwerks gemäß der Erfindung zum Antrieb von Hilfseinrichtungen in einem Luftfahrzeug kann das Triebwerk selbst entsprechend F i g. 1 und 2 ausgebildet sein, die Welle 26 kann dann beispielsweise einen elektrischen Generator unabhängig von dessen Belastung mit konstanter Drehzahl antreiben. Das Gebläse mit dem Bauteil 9 und den Gebläseschaufeln 10 sowie der Luftkanal 11 und die Leitschaufeln 12 können dann entfallen, und die Hohlwelle 5 kann zum Antrieb von Hilfseinrichtungen, wie einer Brennstoffpumpe und einer Schmiermittelpumpe, dienen.

Bei Verwendung eines Triebwerks der in F i g. 1 und 2 dargestellten Art in einem Luftkissenfahrzeug kann die Welle 26 ein oder mehrere Gebläse antreiben, die die Luft für das Luftkissen liefern, während die Gebläseschaufeln 10 Luft für eine oder mehrere Schubdüsen liefern. In diesem Falle ist es dann nicht erforderlich, die Drehzahl der Welle 26 konstant zu halten.

Die Welle 26 eines Triebwerks der in F i g. 1 und 2 dargestellten Art kann auch zum Antrieb eines in einem Luftkanal angeordneten Hubgebläses dienen, das nicht notwendigerweise mit konstanter Drehzahl laufen muß, während die Gebläseschaufeln 10 eine oder mehrere zum Antrieb dienende Strahl-Schubdüsen speisen.

Bei einer Abwandlung des in der Zeichnung dargestellten Triebwerks treibt der Turbinenläufer 4 einen Gebläseläufer an, dessen Schaufeln sich über den Luftkanal 11 erstrecken, während das Bauteil 9 und die Gebläseschaufeln entfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter einer Brennkammeranordnung und drei nacheinander von den Treibgasen durchströmten Turbinenläufen, von denen der erste den Verdichter antreibt und der zweite sowie der dritte mit je einem Eingangsglied eines Differentialgetriebes verbunden sind, dessen Ausgangsglied mit einer Leistungsabnahmevqrrichtung gekoppelt ist, und mit einer zwischen dem zweiten und dritten Turbinenläufer angeordneten Vorrichtung zur Steuerung der Treibgasströmung, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten oder dritten Turbinenläufer (4, 6) eine zweite Leistungsabnahmevorrichtung (5, 9) direkt verbunden ist, und daß mit der zwischen dem zweiten und dritten Turbinenläufer angeordneten, die Treibgasströmung steuernden Vorrichtung (7, 8) eine'Einrichtung zur Einstellung des Verhältnisses der an die beiden Leistungsabnahmevorrichtungen abgegebenen Ausgangsleistungen angeschlossen ist.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 für einen Hubschrauber mit mindestens einem Hubrotor und mindestens einer Schubdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leistungsabriahmevorrichtung (19) an den Hubrotor und die zweite Leistungsabnahmevorrichtung (9) an ein eine Luftschubdüse (13) speisendes Gebläse (10) angeschlossen sind.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 für ein Luftkissenfahrzeug mit mindestens einem Gebläse, das die Luft für das Luftkissen liefert, und einem Schubgebläse, .das mindestens eine Schubdüse speist, dadurch, gekennzeichnet, daß die erste Leistungsabnahmevorrichtung (19) mit dem die Luft für das Luftkissen liefernden Gebläse und die zweite Leistungsabnahmevorrichtung (9) mit dem Schubgebläse (10) verbunden sind.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 für - ein Luftfahrzeug mit einem Hubgebläse, das in einem Luftkanal angeordnet ist, und mit einem Schubgebläse, das Luft an mindestens eine Schubdüse liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leistungsabnahmevorrichtung (19) mit dem Hubgebläse und die zweite Leistungsabnahmevorrichtung (9) mit dem Schubgebläse (10) verbunden sind.