DE1476948A1

DE1476948A1 - Strahlgetriebwerk

Info

Publication number: DE1476948A1
Application number: DE19661476948
Authority: DE
Inventors: Roberts Derek Aubrey
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1965-06-28
Filing date: 1966-06-28
Publication date: 1970-05-06
Also published as: DE1956119U; US3381475A

Description

5470-66/Kö/E

Bristol Siddeley Engines Limited, Colston Avenue, Bristol 1, England

Strahltriebwerk

Die Erfindung betrifft Strahltriebwerke, insbesondere Turbinen-Luft-Strahltriebwerke mit einem umlaufenden Luftverdichter, gewöhnlich in Form eines Axialverdichters, der die Verbrennungsluft nach rückwärts in eine Brennkammeranordnung fördert, einem Turbinenläufer (hier als "erster Turbinenläufer" oder "erste Turbinenstufe" bezeichnet), der von den in der Brennkammeranordnung erzeugten Verbrennungsprodukten beaufschlagt wird und den Verdichter antreibt, und einer sogenannten "Aft-Pan-Anordnung" mit einem Diisengebläse, das durch eine zusätzliche Turbinenanordnung, die von den Verbrennungsprodukten nach Beaufschlagung eier ersten Turbinenstufe beaufschlagt wird, angetrieben wird und deusen Beschaufelung in einem DUsenkanal angeordnet 1st, durch den die vom

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Gebläse geförderte Luft nach rückwärts zu einer Düsenanordnung strömt, die zusammen mit der Düsenanordnung, durch die die Verbrennungsprodukte nach Beaufschlagung der Turbinen abäbrömen, die Schubdüse bildet.

Der Ausdruck "Aft-Fan" bedeutet daher hier in seinem üblichen Sinne ein in einem Strömungskanal angeordnetes Gebläse, das durch eine Turbinenstufe angetrieben wird, die von den Verbrennungsprodukten beaufschlagt wird, nachdem diese die Hauptturbinenstufe beaufschlagt haben, die vor der das Gebläse antreibenden Turbinenstufe angeordnet ist und einen Luftverdichter antreibt, der die Brennkammern, in denen die Verbrennungsprodukte erzeugt werden, mit Luft beliefert.

Der Einfachheit halber soll hier angenommen werden, daß die Verbrennungsprodukte durch eine einzige Heiß-Schubdüse ausströmen und die vom Gebläse geförderte Luft ebenfalls durch eine einzige Kalt-Schubdüse ausströmt, obwohl in beiden Fällen auch zwei oder mehr solche Düsen vorgesehen sein können. Ferner bezeichnen die Ausdrücke "Heißschubdüse" und "Kaltschubdüse¹¹ hier in der üblichen Weise eine Düse (oder Düsen), durch welche die Verbrennungsprodukte ausgestoßen werden, bzw. eine Düse (oder Düsen), durch welche die vom Gebläse geförderte Luft ausgestoßen wird, gleichgültig ob das Ausstoßen jeweils direkt in die Atmosphäre erfolgt oder ob die Düsen (wie es der Fall sein kann) so angeordnet sind, daß die Verbrennungsprodukte und die Luft von den einzelnen Heiß- und Kaltdüsen in eine gemeinsame Düse strömen, bevor sie endgültig in die Atmosphäre ausgestoßen werden.

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Die Erfindung ist besonders auf solche Triebwerkskonstruktionen anwendbar, bei denen die Beschaufelung des Gebläses auf die Beschaufelung eines Turbinenläufers aufgesetzt ist. Bei derartigen Konstruktionen mußte man bisher einen Kompromiß zwischen den Spitzengeschwindigkeitserfordernissen des Gebläses und des dieses antreibenden Turbinenläufers eingehen. Um die Auswirkungen dieses Kompromisses möglichst gering zu halten, wurden die Durchmesser der entsprechenden ^ Läufer verhältnismäßig groß bemessen, so daß sich große Na- ™ ben/Spitzen-Verhältnisse ergaben. Dies wirkt sich nachteilig auf das Gewicht und den Luftwiderstand aus, und es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber diesen bekannten Anordnungen vorteilhafte Anordnung zu schaffen.

Um diese Aufgabe zu lösen, besteht erfindungsgemäß das Strahltriebwerk aus einem umlaufenden Luftverdichter, der eine Brennkammeranordnung mit Luft beliefert, einem ersten Turbinenläufer, der von den aus der Brennkammeranordnung ausströmenden Verbrennungsprodukten beaufschlagt wird und den M Verdichter antreibt, sowie einer Aft-Pan-Anordnung mit einem zweiten und einem dritten Turbinenläufer, die von den Verbrennungsprodukten, nachdem diese den ersten Turbinenläufer beaufschlagt haben, nacheinander beaufschlagt werden, einem den zweiten und den dritten Turbinenläufer zwecks Einstellung des Verhältnisses ihrer Drehzahlen verbindenden Getriebe und einen mit dem zweiten oder dem dritten Turbinenläufer verbundenen DUsengebläse.

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DIe Gebläseschaufelung ist zweckmäßigerweise auf die Beschaufelung eines der Turbinenläufer, vorzugsweise des dritten Turbinenläufers, beispielsweise mittels eines Ringes, mit dem die Schaufelspitzen des betreffenden Turbinenläufers verbunden sind, aufgesetzt. Die Beschaufelungen des Gebläses und der Turbine können axial gegeneinander versetzt und an den beiden Enden des Ringes, der Kegelstumpfform haben kann, angeordnet sein. Das den zweiten mit dem dritten Turbinen.

J^ läufer kuppelnde Getriebe ist vorzugsweise so konstruiert und angeordnet, daß diese Turbinenläufer gegensinnig umlaufen.

Das Getriebe kann zweckmäßigerweise in einem Gehäuse angeordnet sein, das entweder sich vor dem zweiten und dem dritten Turbinenläufer befindet und von dem Strömungskanal, durch den die Verbrennungsprodukte vom ersten Turbinenläufer zum zweiten und dritten Turbinenläufer strömen, umgeben ist oder sich hlter dem dritten Turbinenläufer befindet und von dem Strömungskanal, durch den die Verbrennungsprodukte zur Heißschubdüse, durch die sie ausgestoßen werden, strömen, um-

IJ geben ist.

In den beigefügten" Zeichnungen sind zwei Ausführungsform der Erfindung, und zwar mit der oben genannten unterschiedlichen Anordnung des Getriebes, beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenschnittansicht in einer die Drehachse enthaltenden Ebene, wobei ein Teil des Triebwerks mit den drei Turbinenläufern, jedoch unter Weglassung der Ver-

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dichter- und Brennkammeranordnung, die üblich ausgebildet und angeordnet sein können, und außerdem lediglich die obere Hälfte der Gesamtordnung, die gleich ausgebildet ist wie die untere Hälfte, gezeigt sind; und

Figur 2 eine der Figur 1 entsprechende Schnittansicht einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist angenommen, daß die Aft-Fan-Anordnung am rückwärtigen Ende einer üblichen Verbrennungsturbine eingebaut ist, die einen Axialverdichter enthält, der Luft in eine Brennkammeranordnung fördert, deren Verbrennungsprodukte einen ersten Turbinenläufer oder eine erste Turbinenstufe 1 beaufschlagen, die durch eine Welle IA direkt mit dem Läufer des Verdichters gekuppelt ist. Die Af t-Fan-Einheit besteht aus einem Ringkanal 2, in den die Verbrennungsprodukte vom Auslaß 3 der Turbine 1 strömen und dessen rückwärtiges Ende über Leitschaufeln 4 in den Einlaß eines Turbinenaggregats mündet, das aus einem Gehäuse 2A besteht, das einen zweiten Turbinenläufer 5 und einen dritten Turbinenläufer 7, von dem die Verbrennungsprodukte in ein Strahlrohr 8 abströmen, enthält.

Im Abstand um das Gehäuse 2A und das Strahlrohr 8 ist eine Ummantelung 9 angeordnet, die zusammen mit dem Gehäuse 2A und dem Strahlrohr 8 einen Ringkanal bildet, in dem ein Gebläeeschaufelkranz 10 umlaufen kann, der zwischen Gehäusestützstreben 1OA und feststehenden Schaufeln 1OB angeordnet und vom dritten Turbinenläufer 7 axial nach vorn ver-

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setzt 1st, wobei die Beschaufelung 10 Innenseitig am vorderen Ende eines kegelstumpfförmigen Ringes 7A gehaltert ist, dessen rückwärtiges Ende auf den äußeren Enden der Beschaufelung des Läufers 7 montiert ist. Dies hat den Vorteil, daß dadurch die Wärmeausdehnung und -zusammenziehung der Beschaufelung des Turbinenläufers ¹J erleichtert wird, der verhältnismäßig starken Wärmebeanspruchungen ausgesetzt ist, während der die Gebläseschaufelung tragende Ring verhältnismäßig kalt bleiben kann und daher der Wärmeausdehnung der Beschaufelung des Läufers 7 einen starken Widerstand entgegensetzen würde, wenn die Gebläsebeschaufelung auf einem Ring angeordnet wäre, der auf die Spitzen der Turbinenbeschaufelung 7 aufgesetzt ist und in der gleichen Ebene damit liegt, wenn nicht spezielle Vorkehrungen getroffen werden, um diese Wirkung zu kompensieren.

Der zweite und der dritte Turbinenläufer 5 und 7 sind auf konzentrischen Wellen 12 bzw. 13 gelagert, die von den Turbinenläufern nach vorn in das Innere eines Gehäuses 14 ragen, das Innerhalb der Innenwand des Ringkanals 2 angeordnet ist und in dem die Wellen 12 und 13 durch ein Getriebe gekuppelt sind, das aus einem auf der Welle 12 sitzenden Innenzahnrad 15, einer Reihe von im Gehäuse 14 gelagerten Zwischenwellen mit Zahnrädern 16 und einem mit dem benachbarten Ende der Welle 13 verbundenen äußeren Zahnkranz 17 besteht. Dieses Getriebe verkuppelt somit den zweiten und den dritten

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Turbinenläufer 5 und 7 so, daß diese Läufer gegensinnig mit Drehzahlen umlaufen, die in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen, wobei im vorliegenden Falle der Turbinenläufer 5 mit erheblich höherer Drehzahl umläuft als der Turbinenläufer 7. Die Gebläsebeschaufelung 10 wird daher durch eine Kraft angetrieben, die teilweise vom Turbinenläufer 7 unmittelbar und teilweise vom Turbinenläufer 5 über das Getriebe 15, 16, 17 abgeleitet wird.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 ist gleichfalls W vorausgesetzt, daß die Aft-Fan-Anordnung am rückwärtigen Ende eines üblichen Strahltriebwerks mit einem Axialverdichter angeordnet ist, der Luft in die Brennkammeranordnung fördert, deren Verbrennungsprodukte einen ersten Turbinenläufer 18 beaufschlagen, der dem Turbinenläufer 1 in Figur 1 ähnlich ist und durch eine Welle l8A direkt mit dem Verdichterläufer gekuppelt ist. Die Aft-Fan-Anordnung besteht aus einem kurzen Ringkanal 19, in den die Verbrennungsprodukte nach Beaufschlagung des Turbinenläufers 18 strömen und der mit Leitschau- h fein 20 versehen ist, durch welche die Verbrennungsprodukte in den Einlaß einer Turbinenanordnung gelenkt werden, die ein Gehäuse 21 aufweist, das einen zweiten Turbinenläufer 22 und einen dahinter angeordneten dritten Turbinenläufer 23 enthält, von dem aus die Verbrennungsprodukte in ein Strahlrohr 24, das in einer Heißschubdüse 25 endet, abströmen.

Das Gehäuse 21 und das Strahlrohr 24 sind im Abstand von einer Ummantelung 26 umgeben, die zusammen mit dem

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Gehäuse 21 und dem Strahlrohr 24 einen ringförmigen Luftströmungskanal 27 bildet, in dem ein Gebläseschaufelkranz 28 drehbar ist, der vor feststehenden, den Kanal' 27 quer durchsetzenden Schaufeln 29 angeordnet ist. Hinter den Leitschaufeln 29 und den Turbinenläufer 23 sind den Kanal 27 und das Strahlrohr 24 quer durchsetzende Rohrstützen 30 angeordnet, die mit ihren inneren Enden an einem Getriebegehäuse 31 befestigt und von stromlinienförmigen Verkleidungen 32, 33 umhüllt sind.

Der Kanal 29 endet in einer Kaltschubdüse 34, welche die Heißschubdüse 25 umgibt.

Ein ringförmiger Halter 35 für den Gebläseschaufelkranz 28 sitzt auf einem kegelstumpfförmigen Tragring 36, der seinerseits auf der Beschaufelung des Turbinenläufers 23 aufsitzt.

Der Turbinenläufer 22 sitzt auf einer Welle 37, während der Turbinenläufer 23 auf einer Welle 34 sitzt. Die beiden konzentrischen Wellen 37 und 38 ragen in das Gehäuse 31, das ein Getriebegehäuse für ein Planetengetriebe bildet, das aus einem auf der Welle 37 befestigten Sonnenzahnrad 39, einem auf der Welle 38 befestigten Zahnkranz 40 mit Innenverzahnung und in Lagern 4lA im Gehäuse 31 gelagerten Planetenzahnrädern 41, deren jedes mit dem Sonnenzahnrad 39 und dem Zahnkranz 40 kämmt, besteht.

Wie man sieht, wird somit die auf die Gebläsebeschaufelung 28 übertragene Kraft teilweise vom Turbinenläufer

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22 über das Getriebe 59, 41, 40, die Welle .38, den Turbinenläufer 23 und den Tragring J>6 und teilweise vom Turbinenläufer 23 direkt über den Tragring 36 abgeleitet, wobei das Verhältnis zwischen den Drehzahlen der gegensinnig umlaufenden Turbinenläufer 22 und 23 durch das Getriebe 39, 4l, 40 bestimmt wird.

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Claims

H769A8 Patentansprüche

1. Strahltriebwerk mit einem umlaufenden Luft verdichter, der Luft nach rückwärts in eine Brennkammeranordnung fordert, einem ersten, von den Verbrennungsprodukten aus der Brennkammeranordnung beaufschlagten, den Verdichterläufer antreibenden Turbinenläufer und einer Anordnung mit einem Gebläse, das von einem weiteren, von den Verbrennungs-Φ produkten nach Beaufschlagung des ersten Turbinenläufers beaufschlagten Turbinenaggregat angetrieben wird und mit seiner Beschaufelung in einem Strömungskanal angeordnet ist, durch welchen es im Betrieb Luft nach rückwärts gegen eine oder mehrere Düsen fordert, die gemeinsam mit einer oder mehreren, von den Verbrennungsprodukten nach Beaufschlagung der Turbinen.

Eufer durchströmten Düsen die Schubdüsenanordnung bilden,

das dadurch gekennzeichnet, daß/weitere

Turbinenaggregat aus einem zweiten und einem dritten Turbinen- ^ läufer besteht, mit deren einem das Gebläse direkt verbunden ist, während ein den zweiten und den dritten Turbinenläufer kuppelndes Getriebe das Verhältnis zwischen den Drehzahlen des zweiten und des dritten Turbinenläufers bestimmt.

2. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zwischen den zweiten und dem dritten Turbinenläufer ein gegensinniges Umlaufen dieser Turbinenläufer bewirkt.

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3· Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse direkt mit dem dritten Turbinenläufer verbunden ist.

4. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaufelung des Gebläses von der Beschaufelung des Turbinenläufers, mit dem es direkt verbunden ist, gehalter wird.

5. Strahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennze lehnet, daß die Beschaufelung des Gebläses direkt mit der Beschaufelung des entsprechenden Turbinenläufers durch einen axial verlaufenden Tragring verbunden ist, dessen eines Ende mit der Gebläsebeschaufelung und dessen anderes Ende mit der Beschaufelung des Turbinenläufers verbunden ist.

6. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den zweiten und den dritten Turbinenläufer verkuppelnde Getriebe in einem Gehäuse angeordnet ist, das vor diesen Läufern und innerhalb des Strömungskanals liegt, durch den die Verbrennungsprodukte vom ersten Turbinenläufer zum zweiten und zum dritten Turbinenläufer strömen.

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7. Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennze lehnet, daß das den zweiten und den dritten Turbinenläufer verkuppelnde Getriebe in einem Gehäuse angeordnet ist, das hinter diesen Läufern und innerhalb des Kanals liegt, durch den die Verbrennungsprodukte vom dritten Turbinenläufer zur Schubdüse strömen.

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