DE1626028B2

DE1626028B2 -

Info

Publication number: DE1626028B2
Application number: DE1626028A
Authority: DE
Inventors: John Alfred Chilman; Stuart Duncan Davies
Original assignee: Smiths Aerospace Gloucester Ltd
Current assignee: Smiths Aerospace Gloucester Ltd
Priority date: 1966-04-12
Filing date: 1967-04-12
Publication date: 1973-09-13
Also published as: US3489338A; DE1626028C3; DE1626028A1

Description

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über die das Gebläse 1 vom Untersetzungsgetriebe 7 mit einem hohlen Zapfen 52 verbunden, auf dem der angetrieben wird. Der Zylinder 13 ist von einer Na- Kolben 14 gleitet und der mit dem hinteren Gehäusebenhaube 19 umgeben. teil 53 der Nabe 4 eine Einheit bildet. Wie bei dem Eine schraubenförmige Nockeneinrichtung, die die vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt ein lineare Bewegung des Kolbens 14 in eine Drehbewe- 5 zentrales Rohr 54, das durch die rohrförmige Welle gung eines großen Zahnrades 20 umwandelt, weist 49 verläuft, eine Druckleitung dar, die von einer einen sich nach hinten erstreckenden rohrförmigen Pumpe mit Öl versorgt wird. Das Rohr 54 führt zu Abschnitt 22 des Kolbens 14 auf. Der Abschnitt 22 einem Druckminderventil 55, das zentral auf die inist mittels einer Keilnutverbindung 23, 24 mit dem nere Wand eines doppelwandigen Nasenabschnittes Zapfen 15 drehfest verbunden. Auf seiner äußeren io 56 der Nasenhaube mündet. Das Servoventil 32 ist Oberfläche ist der Kolbenabschnitt 22 mit einer mit einem normalerweise geöffneten Sicherheitsventil Schneckenverzahnung 25 versehen, die mit in der 57 in Reihe geschaltet.

Nabe 27 des Zahnrades 20 gebildeten Zähnen 26 im Das Triebwerk nach F i g. 4, bei dem die Einzel-Eingriff steht. teile des Gebläses 1 nicht gezeigt sind, ist ein Trieb-Das Zahnrad 20 ist in der Nabe 4 auf Wälzlagern 15 werk mit Niederdruck- und Hochdruckteil und freier 28 gelagert und besitzt einen kegelförmigen Ab- Turbine. Sein Gebläse kann einen etwas größeren schnitt mit einem rückwärts gerichteten, verzahnten Durchmesser als bei den beiden anderen Ausfüh-Rand 29, der mit an den Schaufelfüßen 9 befestigten rungsbeispielen aufweisen (z. B. 1800 mm), und es Ritzeln kämmt. Auf diese Weise bewirkt eine Dre- wird von einer freien Turbine 60 am hinteren Ende hung des Zahnrades 20 als Folge einer Axialbewe- 20 des Triebwerks angetrieben. Die Turbine 60 treibt gung des Kolbens 14, daß sich die Schaufeln 2 dre- das Gebläse 1 über eine zentrale Welle 61 an, die hen und ihre Winkelstellungen ändern. durch die Niederdruck- und Hochdruckteile 62 und Die Betätigung des Stellmotors 12 wird durch ein 63 koaxial zu diesen verläuft. Der Niederdruckteil 62 Servoventil 32 gesteuert, das sich in einem mittleren besteht aus dem mehrstufigen Niederdruckverdichter rohrförmigen Abschnitt 33 des Kolbens 14 befindet. 25 64 und der Niederdruckturbine 65, und der Hoch-Der Abschnitt 33 ist im Zapfen 15 gleitbar angeord- druckteil 63 aus einem mehrstufigen Hochdruckvernet. Das Servoventil 32 ist mit einem von Hand betä- dichter 66 und einer Hochdruckturbine 67. Innerhalb tigbaren Steuergestänge 34, von dem man nur das des Mantelstromkanals und des Einlaufs 69 des Ver-Ende sieht, mittels eines Steuerrohres 35 verbunden, dichters 64 sind Leitschaufeln 68 angeordnet,
das sich koaxial zur Antriebswelle 18 vom Unterset- 30 Bei allen drei Ausführungsbeispielen sind die zungsgetriebe 7 in die Nabe 4 erstreckt. Laufschaufeln 2 stufenlos in einem Bereich verstell-Wenn das Servoventil 32 über das Steuergestänge bar, der sich über die Winkelstellungen χ = 0° bis 34 verstellt wird, gelangt Flüssigkeit, die von einer 90° hinauserstreckt, χ bedeutet hierbei den — an den Pumpe (nicht gezeigt) durch eine mittlere Zuführlei- Schaufelspitzen gemessenen — Winkel zwischen Protung 36 geliefert wird, in den Zylinder 13, und zwar 35 filsehne und der Triebwerksachse (s. Fig. 5). Bei einer auf der einen oder anderen Seite des Kolbens 14, ent- Winkelstellung mit χ zwischen 0° und 90° oder sprechend der Stellung des Servoventil. Dies hat zwischen 90 und 180° ist die Strömungsrichtung im eine Bewegung des Kolbens 14 und eine entspre- Mantelstromkanal umgekehrt, wodurch eine aerodychende Verstellung der Schaufeln zur Folge, wobei namische Bremswirkung erzielt wird. Im Betrieb die Kolbenbewegung der Ventilbewegung folgt, bis 40 werden die Schaufehl in Abhängigkeit von eingegedie in F i g. 1 gezeigte Gleichgewichtslage wieder er- benen Steuersignalen entsprechend den erforderlireicht ist. In dieser Lage dichtet das Ventil 32 die chen Betriebsbedingungen eingestellt. Der Schaufelbeiden Seiten des Zylinders 13 gegeneinander ab, so winkel wird also derart gewählt, daß der Durchsatzdaß die Kolben 14 in der verstellten Lage hydrau- bedarf des Verdichters und die Strömungserforderlisch verriegelt werden. 45 nisse im Mantelstromkanal erfüllt werden. Bei Triebin dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 und 3 werksausfall sollten die Schaufeln 2 des Gebläses 1 sind Stellmotor und Servoventil ähnlich wie bei dem möglichst schnell in ihre Fächerstellung bewegt wer-Ausführungsbeispiel nach Anspruch 1 ausgebildet. den.

Die axiale Bewegung des Kolbens 14 wird jedoch Wie aus F i g. 3 hervorgeht, hat das Gebläse der auf andere Weise in eine Winkelverstell-Bewegung 50 F i g. 2 und 3 zwar eine große Anzahl von Schaufeln, der Lauf schaufeln 2 umgewandelt. Ein Ring 40, der aber in ihrer geschlossenen Stellung, überdecken sie in der Nabe koaxial angeordnet ist, ist mit dem KoI- sich nicht. Dasselbe gilt für die Schaufeln des Triebben 14 durch einen Ring von Stangen 41 verbunden werks entsprechend der Fig. 1. Dadurch ist es mög- und besitzt eine umlaufende Nut 42. An jedem Hch, die Schaufeln über die Stellung χ = 90° in eine Schaufelfuß 9 befindet sich ein Kurbelarm 43, dessen 55 Umkehrstellung zu bewegen. In diesem Fall ist die abstehende Kurbel 44 jeweils ein Kugellager 45 Schaufelkante, die bei normaler Strömungsrichtung trägt, dessen äußerer Träger in der Nut 42 sitzt. Bei die Eintrittskante ist, auch bei umgekehrter Ströeiner Axialbewegung des Rings 40 verschwenken alle mungsrichtung die Eintrittskante.
Kurbelarme 43, wobei sie die Schaufeln 2 verstellen. Das Gebläse 1 des Triebwerks der F i g. 4 hat eine Die Stangen 41 verlaufen durch Führungsringe 46, 6° große Anzahl von verhältnismäßig breiten Schaufeln die eine Drehung des Kolbens 14 und des Rings 40 mit konkav-konvexem Querschnitt, die sich in der relativ zur Nabe 4 verhindern. geschlossenen Stellung an ihren Rändern überdek-Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Nabe 4 mit- ken, so daß es nicht möglich ist, die Winkelsteltels Wälzlager 48 auf einem nach vorne ragenden lung α = 90° zu erreichen. Daher können die Schau- und feststehenden Zapfen 47 gelagert. Eine vom Un- 65 fein nur über ihre Fächerstellung in die Strömungstersetzungsgetriebe 7 angetriebene Welle 49 verläuft umkehrlage gedreht werden. In der Fächerstellung ist koaxial durch die Nabe 4 innerhalb des Zapfens 47. das Schaufelprofil im wesentlichen zu der Achse A-A Die Welle 49 ist durch eine Keilnutverbindung 50 in F i g. 5 ausgerichtet. In dieser Figur sind die Pro-

file dreier Lauf schaufeln 2 in ihrer normalen Lage gezeigt, wobei eines von ihnen mit gestrichelten Linien in seiner Strömungsumkehrlage gezeigt ist. Die Drehrichtung ist in F i g. 5 durch den Pfeil B angedeutet. Wie in der Figur zu sehen ist, werden die Kanten der Schaufeln 2, die bei normalen Strömungsbedingungen die Eintrittskanten sind, bei Strömungsumkehr die Abströmkanten. Auf Grund des bereits erwähnten dünnen konkav-konvexen Querschnitts der Schaufeln ist die bei Strömungsumkehr veränderte Geometrie durchaus tragbar. Überdies wird ja das Gebläse 1 von einer freien Turbine angetrieben, so daß die Änderung der Geometrie kein Pumpen des Triebwerksverdichters zur Folge hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 244 980, Fig. 2). In diesem Fall handelt es sich je- Patentansprüche: doch um ein Gasturbinen-Triebwerk, bei dem der Mantelstrom und der Hauptstrom durch einen Ring-

1. Gasturbinentriebwerk mit einem ein Gebläse mantel voneinander getrennt sind. Die Schubumkehr aufweisenden verbrennungsfreien Mantel- 5 im Mantelstrom hat daher keinen Einfluß auf die stromkanal, von dem ein in den Triebwerksver- Luftversorgung des Triebwerksverdichters,
dichtereinlaß übergehender Kanal abzweigt, da- Bei dem erfindungsgemäßen Gasturbinen-Triebdurch gekennzeichnet, daß die Lauf- werk erfolgt dagegen die Schubumkehr in dem schaufeln (2) des Gebläses (1) in an sich bekann- Mantelstromkanal, der gleichzeitig den Triebwerkster Weise zur Erzeugung einer Bremswirkung io verdichter mit Luft zu versorgen hat. Da eine Richschwenkbar ausgebildet sind und daß sich der tungsumkehr der Luftströmung im Triebwerksver-Schwenkbereich der Schaufeln über die Winkel- dichter selbst naturgemäß nicht möglich ist, muß auf stellung χ = 0° bis 90° hinauserstreckt, in wel- andere Weise für die Luftbeaufschlagung des Triebchem außerhalb dieser Winkelstellungen liegen- werksverdichters gesorgt werden. Dies geschieht bei den Teilbereich das Gebläse Luft in entgegenge- 15 dem erfindungsgemäßen Gasturbinen-Triebwerk einsetzter Richtung fördert und die Abzweigung fach dadurch, daß ein Teil der in umgekehrter Richzum Triebwerksverdichter (5) stromauf des Ge- tung durch den Mantelstromkanal strömenden Luft biases stattfindet, wobei χ der an den Schaufel- an der Verzweigungsstelle zwischen dem Mantelspitzen gemessene Winkel zwischen der Profil- stromkanal und dem Triebwerksverdichtereinlaß umsehneund der Triebwerksachse (A-A) ist. 20 gelenkt und in den Triebwerksverdichtereinlaß ange-

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, da- saugt wird. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise durch gekennzeichnet, daß sich der Schwenkbe- eine Schubumkehr zur Erzielung einer aerodynamireich über eine in der Normalebene zur Trieb- sehen Bremswirkung erreichen.

werksachse (A-A) liegende Winkelstellung An Hand der Zeichnungen werden bevorzugte

(x = 90°) hinauserstreckt. 25 Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

F i g. 1 und 2 einen Querschnitt durch den vorderen Teil zweier Gasturbinen-Triebwerke,

F i g. 3 einen Ausschnitt des Gebläses des Gas-

¹ : 30 turbinen-Triebwerkes der F i g. 2,

F i g. 4 einen etwas schematischen Längsschnitt durch ein drittes Gasturbinen-Triebwerk,

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinen-Triebwerk F i g. 5 einen Teil eines koaxialen Zylinderschnitts

mit einem ein Gebläse aufweisenden verbrennungs- durch die Gebläsebeschaufelung der Fig. 4.
freien Mantelstromkanal, von dem ein in den Trieb- 35 Jedes der Gasturbinen-Triebwerke besitzt einen werksverdichtereinlaß übergehender Kanal abzweigt. von einem Außenmantel 3 begrenzten Mantelstrom-Derartige Gasturbinen-Triebwerke sind bekannt kanal mit einem Gebläse 1. Das Gebläse 1 weist ver-(vgl. z. B. britische Patentschrift 980 306). Im Gegen- stellbare Laufschaufeln 2 auf und läuft innerhalb des satz zu den Gasturbinen-Triebwerken, bei denen der Außenmantels 3 um. Das Gebläse 1 ist am vorderen Mantelstrom und der Hauptstrom völlig voneinander 4° Ende des Triebwerks, vor dem Triebwerksverdichgetrennt sind, handelt es sich hierbei um Gas- ter 5 angeordnet, und zur Verstellung der Laufschauturbinen-Triebwerke, bei denen das Mantelstrom-Ge- fein 2 befindet sich eine Schaufelverstellvorrichtung blase in einem dem Mantelstrom und Hauptstrom innerhalb einer Nabe 4.

vorgeschalteten gemeinsamen Mantelstromkanal an- Bei den Triebwerken der F i g. 1 bis 3 kann es sich

geordnet ist, so daß das Mantelstrom-Gebläse ge- 45 um Einwellentriebwerke handeln. In diesen Figuren wissermaßen die erste Stufe des Triebwerksverdich- ist nur das vordere Ende des Triebwerksverdichters 5 ters bildet. angedeutet. Ein Verdichtereinlaß 6 steht mit dem

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mantelstromkanal in Verbindung und wird auf diese Gasturbinen-Triebwerk dieser Art so auszubilden, Weise vom Gebläse mit Luft beaufschlagt,
daß mit Hilfe des Mantelstrom-Gebläses eine Brems- 50 Das Gebläse 1 besitzt eine große Anzahl von Laufwirkung erzielt werden kann. Dies wird bei einem schaufeln 2, z. B. 17 oder noch mehr, und wird von Gasturbinen-Triebwerk der eingangs angegebenen der Triebwerkswelle über ein Untersetzungsge-Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Lauf- triebe 7 angetrieben. Zwischen dem Gebläse 1 und schaufeln des Gebläses in an sich bekannter Weise dem Verdichtereinlaß 6 sind nicht verstellbare Leitzur Erzeugung einer Bremswirkung schwenkbar aus- 55 schaufeln 8 angeordnet.

gebildet sind und daß sich der Schwenkbereich der Es wird nun Bezug genommen auf F i g. 1, die nur

Schaufeln über die Winkelstellungen χ = 0° bis 90° eine der Laufschaufeln 2 zeigt. Jede der Laufschauhinauserstreckt, in welchem außerhalb dieser Win- fein ist mit ihrem Fuß 9 mittels eines Nadellagers 10 kelstellungen liegenden Teilbereich das Gebläse Luft in der Nabe 4 gelagert. Die gemeinsame Verstellung in entgegengesetzter Richtung fördert und die Ab- 60 der Schaufeln wird durch einen hydraulischen Stellzvveigung zum Triebwerksverdichter stromauf des motor 12 erzielt. Der Stellmotor besitzt einen mit der Gebläses stattfindet, wobei χ der an den Schaufel- Nabe 4 verschraubten Zylinder 13 und einen Kolben spitzen gemessener Winkel zwischen der Profilsehne 14, der im Zylinder 13 und auf einem hohlen Zapfen und der Triebwerksachse ist. 15 gleitbar angeordnet ist. Der Zapfen 15 verläuft in

Es ist zwar bereits ein Mantelstrom-Gasturbinen- 65 der Mitte der Nabe von einem hinteren Gehäuseteil Triebwerk bekannt, bei dem mit Hilfe des im 16, das an der Rückseite der Nabe 4 angeschraubt Mantelstrom angeordneten Gebläses eine Bremswir- ist. Das Gehäuseteil 16 ist mit einem Flansch 17 kung erzielt wird (schweizerische Patentschrift einer rohrförmigen Antriebswelle 18 verschraubt,