DE1626125A1

DE1626125A1 - Gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1626125A1
Application number: DE19681626125
Authority: DE
Inventors: Taylor Paul Alfred; Bracey Kenneth Edward George
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1967-01-06
Filing date: 1968-01-04
Publication date: 1970-08-20
Also published as: FR1554020A; GB1113542A; US3448582A

Description

DiPL-ING. CURT WALLACH

PIPL.-ING. GONTHER KOCH IR 26

DR. TINO HAIBACH

8 MUNChen 2, 4.Januar 1968

UNSER ZEICHEN: -11173 -

Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England

Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Axialkompressor, dessen beschaufelte Stufen durch Rotorstufen gebildet werden, wobei aufeinanderfolgende Rotorstu-

an.
fen des Kompressors zäfofc inneren bzw. äußeren drehbaren, einen Kanal definierenden Wänden angeordnet sind, die antriebsmäßig mit entsprechenden,unabhängig drehbaren Turbinenrotorstufen verbunden sind,und wobei ein Gebläse in einem Gebläseringkanal' angeordnet ist, der wenigstens einen Teil des !Compressors umgibt, und wobei das Gebläse auf der äußeren drehbaren, den.Kanal definierenden Wandung gelagert und von dieser angetrieben wird. Gemäß der Erfindung ist die Ausbildung derart getroffen, daß der Gebläseringkanal mit dem Gehäuse des Triebwerks nur .über Streben verbunden ist, "die sich durch den Gebläsekanal stromunter· seitig des Gebläses darin erstrecken.

Da der Axialströmungskompressor gemäß der Erfindung keine Statorbeschaufelung besitzt, ist es nicht notwendige Tragstreben

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für den Kompressor vorzusehen, die sich durch den Gebläsekanal erstrecken, so daß der Gebläsekanal stromoberseitig des Gebläses keine Strömungswiderstände aufweist. Es hat sich gezeigt, daß diese Konstruktion eine Verminderung des Lärmes bewirkt.

Vorzugsweise sind die Wandungen antriebsmäßig mit den.Turbinenrotorstufen über entsprechende konzentrisch angeordnete Wellen verbunden, die radial innerhalb der Turbinenrotorstui'en und der Rotorstufen des Kqmpressors liegen.

Das Gebläse besitzt vorzugsweise eine einzige drehbare Stufe und diese ist vorzugsweise am stromunterseitigen Ende der äußeren drehbaren, den Kanal definierenden Wandung gelagert.

Der Gebläsekanal kann einen stromoberseitig des Lufteinlasses ^, für"den Kompressor liegenden Lufteinlaß aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erwähnte Kompressor- als Niederdruckkompressor ausgebildet und das Triebwerk hat außerdem einen unabhängig angetriebenen Hochdruckkompressor, dem Luft von dem NiederdruckkompressOr geliefert wird und der abwechselnd mit Rotorstufen und. Statorstufen ausgestattet ist. Vorzugsweise sind unabhängig voneinander drehbare Niederdruck-, Zwischendruck- und Hochdruckturbinen antriebsmäßig^ über erfepreehend konzentrisch angeordnete Wellen mit der inneren und der äußeren drehbaren, den Kanal definierenden Wandung des Niederdruckkompressors bzw. den Rotorstufen des Hochdruckkompressors verbunden.

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Zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Turbinenrotorstufen. kann eine Reihe von Turbinenstatorleltsehaufeln vorgesehen sein, wobei die Leitschaufeln wenigstens einer Reihe um ihre Längsachsen derart schwenkbar sind, daß die Strömungskapazität der Leitschaufeln für das hindurchströmende Gas geändert werden kann.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. -Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasturbinenstrahltriebwerks.

Das in der Zeichnung dargestellte GasturbinenstKhltriebwerk 10 besitzt einen Kompressorabschnitt 11^ eine Verbrennungseinrichtung 12, e.^!nen Turbinenabschnitt 13 und einen ringförmigen Abgaskanal 14. Ein festes Triebwerksgehäuse 15 umschließt den Abgaskanal 14, den Turbinenabsehnitt IJ, die VerbrenBungseiiirichtung 12-und. einen Teil des Kompressor abschnitte 11»

Sin -Gebläse 16, bestehend aus einer einzigen .beschaufelten Rotorstufe,, ist außerhalb des Kompressorabschnitts .11 innerhalb eines ringförmigen GeblMs&kanals, 1.7^: gelagert, dessen Wandung lö den KömpressoEabschnitt 11 umgibt und'koaxial dazu liegt* Der Gebläsekanäl 1-? besitzt .einen Lurteinlaß-19> der stromoberseitig des Lufteinlasses 20 des Kompressorabschnitts 11 liegt. Das Gebläse Io kann, jedoch, falls erforderlich, auch mehr als eine ^ beschaufeite Rotorstufe aufweisen.^

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Das Triebwerk 10 wird in üblicher V/ ei se am Flugzeug über nichtdargestellte Träger aufgehängt, die an der Gebläsekanalwandung

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lö festgelegt sind.- . - ." ■ ' ' ■·. - ., ·. ■■ ; -_rr-_;-i

Der übrige Teil des Triebwerks 10 wird von der Gebläsekanalwandung Ib über mehrere Streben 23 getragen, die am Triebwerksgehäuse Ib befestigt; sind und_;sich über den'Gebläsekanal l'F.stromun- · terseitig-.d.es darinbefindlichen Gebläses 16 erstrecken.

Der Turbinenabschnitt IJ besitzt drei unabhängs£ voneinander drehbare Turbinen, die in Strömungsrichtung hintereinander zwischen der Verbrennungseinrichtung.12 und dem Abgaskanäl 14 liegen. Diese drei Turbinen sind: eine einstufige Höchdruckturbine 24, eine dreistufige Zwischendruckturbine 25 und eine einstufige Niederdruckturbine 26. Die Verbrennungseinrichtung. 12 ist am stromunterseitigen Ende mit einer Reihe von Düsenl'eit^,. : schaufeln.2?. stromoberseitig der Hochdruckturb-ine 26 ausgestat·? tet. Statorleitschaufeln 28 der Mitteldruckturbine sind zwischen aufeinanderfolgenden Turblnenrotorstufen vorgesehen. -.,.,_ _:...?.

Wenigsten? ■ eine der Reihen von Turbinenstatorleitschaufeln 2ö _:.._... kann einen,- veränderbaren Anstellwinkel gegenüber .d,er. RiQhtung,>.... der Strömung, der heißen-Gase durch den Turbinenabschnitt. IJ ha.^. ben. So ist-z.B., wie.aus der Zeichnung, ersichtlich, die.hinter-, ste Reihe von Turbinenstatorleitschaufeln 2ö,die unmittelbar. . stromoberseitig. der Niederdruckturbine 26 liegt, mit einem Antrieb 29 ausgestattet,, der die Leitschaufeln 2ö um ihre Längsachse dreht. Durch. Drehung der .Statprleitschaufeln 2ö kann, die Strömungskapazität der Leitschaufeln un4_:_demgemäß....die Massenströmung

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durch den Turbinenabschnitt 13 zur Anpassung an die Betriebsbedingungen des Triebwerkes gesteuert werden. ' --■'"."

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Die Höehdruckturbine 24, die Zwischendruckturbine 25 und die Niederdruckturbine 26 werden von konzentrisch angeordneten Wellen 30 bzw. ^l bzw. 32 getragen. Die Welle 30, die die Höehdruckturbine 24 trägt, liegt außen und die Welle 32, die .die Niederdruckturbine. 26 trägt, liegt innen» Die Wellen'30,31,32, die radial innerhalb des Kompressorabschnitts 11 und der Turbinen 24 bis 26 liegen, werden in bekannter Weise vom Triebwerksgehäuse 1*5 über geeignete Lager an beiden Enden getragen.

Der Kompressorabschnitt 1.1 des Triebwerkes weist einen Niederliru&kkrompressor 33 und einen Hochdruckkompressor 34 auf. Der Niederdruckkompressor 33besitzt im angegebenen Ausführungsbeispiel fünf erste beschaufelte Rotorstufen EL, die miteinander verbunden und auf einer drehbaren inneren, einen Kanal definierenden Wandung Wy gelagert sind, die antriebsmäßig über die Welle 32 mit der Niederdruckturbine 26 verbunden ist. Zwischen aufeinanderfolgenden ersten Rotorstufen R, liegen zweite beschaufelte Rotorstufen Rg, die an ihrem radial äußeren Ende von einer drehbaren äußeren, einen Kanal definierenden Wandung Wg getragen werden. Demgemäß sind sämtliche beschaufelten Stufen des Nlederdruckkompressors 33 Rotorstufen. Die zwei drehbaren Wandungen W,, Wp definieren zwisenen sich den Hingabschnitt des Strömungskanals· des Niederdruckkompressors 33· Die äußere drehbare, den Kanal definierende Wandung W₂ ist mit ihrem

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stromunterseitigen Ende über mehrere, im Querschnitt aeroayna misch ausgebildete Streben s>b mit der Welle 31 verbunden und diese Streben erstrecken sich über den Strömungskanal des Korn- ■ pressorabschnitts 11, so daß die Außenwand \t,. antrieosmäßig über die Welle 3I mit der Zwischendruckturbine 25 -ag verbunden ist. Die Streben. 30 bilden drehbare Ausla31eitschaureln für den Niederdruckkompressor 33- Die drehbare äußere kanalbildende Wand Wp ist mit dem Gebläse 16 verbunden oder einstückig mit diesem hergestellt, wobei das Gebläse 16 am stromunterseitigen Ende dieser Wandung Wp befestigt ist. .

Die drehbare äußere Wand Wp bildet einen stromoberseitigen Fortsatz des festen Triebwerksgehäuses 15· Eine schematisch mit 35 gekennzeichnete Dichtung liegt zwischen dem stromunterseitigen Ende der drehbaren Wand VJp und dem stromoberseitigen Ende des festen Gehäuses 15,um einen Leckstrom., der unter relativ hohem Druck stehenden Luft am Förderende des Niederdruckkompressors nach dem Gebläsekanal 17 zu vermeiden.

Der Hochdruckkompressors 34 ist ein herkömmlicher Axialkompressor und er besteht aus mehreren beschaufelten Rotorstufen R^r und zwar gemäß dem dargestellten AusfüJarungsbeispiel sechs Rotorstufen, die mit festen beschaufelten Statorstufen S abwechseln.

Wenn das Triebwerk 10 im Betrieb befindlich ist, treibt die Hochdruckturbine 24 den Hochdruckkompressor J4 über die Welle 30 an, während die Niederdruckturbine 26 die ersten Rotorstui'en;

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R. des^:i}iederdruckkompressors 33 über die Welle 32 und die innere- drehbare, den Kanal definierende Wandung W-,^; antreibt. Die Zwischendrüektürbine 25 treibt über die Welle 31 die drehbare Süßere kanalbildende Wandung Wo des NlederdruckkofnpressOrs 33 an uncF sie treibt demgemäß sowohl die- zweiten Rotorstuf eh Rp des Niederdruckkompressors 33 als auch das Gebläse 16 an. Zusätzlich kann ein Kegelradgetriebe, das schematisch- mit 37 gekennzeichnet ist, von der Vieile 30 der Hochdruckturbine Leistung zum-Antrieb einer nicht-dargestellten Triebwerkshilfseinrichtung über eine Welle 38 abzweigen, die in einer hohlen Strebe 39 liegt, welche sich quer über den Gasströmungskanal zwischen dem Niederdruckkompressör 33 und dem'Hochdruckkompressor 34 erstreckt. . ■ ..

Die Zwischendrüektürbine 25 und die'Niederdruokturbine 26 drehen sich in -entgegengesetzten"Richtungen, so daß die ersten und zweiten Rotorstufen R₁,Rp. des Niederdrückkompressors 33· im Gegensinn ■ angetrieben" werden! Auf diese Weites kam! die betriebsmäßige ■ . ; Spitzengeschwindigkeit der Miederdruckturbirie^SoZniedriger gehalten werden als dies der Fall wäre, wenn der Niederdruekkompressor 33" eine^; herkömmliche^: Ausbildung mit _;f esten St at oirsc häufeln hätte...

Da das GeUläse 16 und <iie äußere den Kanal· täefi-niör'ende Wandung-Wo des Niederdruckkompressors- .35 sieh als Ganzes driehen» ist es -. nicht erforderlich, irgendwelche Träger für den Niederdruekkompressor 33 vorzusehen, die sich über den Gebläsekanal 17 stromoberseitig des Gebläses 1^J6; erstrecken * Der Gebläsekanal 17 weist daher stromoberseitig des Gebläses 16 keine .Strömungöhindernisse auf und- hierdurch wird -das: vom .Triebwerk 10 im Betrieb- erzeugte

Geräusch vermindert. '

OO 9 8 34/ 0 46 2 . · 1 -Patentansprüche ■ ;

. BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche: I 6 26 I 25

1. Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Axialkompressor, dessen aufeinanderfolgende Rotorstufen an inneren bzw. äußeren drehbaren Kanalbegrenzungswänden befestigt sind, die ihrerseits antriebsmäßig mit entsprechenden, unabhängig voneinander

■ drehbaren Turbinenrotorstufen verbunden sind, und mit einem Gebläse, das in einem Ringkanal untergebracht ist, der wenigstens einen Teil des Kompressors umgibt, wobei das Gebläse durch die äußere Kanalbegrenzungswandung angetrieben wird und auf dieser montiert ist, ■ . -

dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsekanal (l?) mit dem Gehäuse (15) des Triebwerks (10) nur durch Streben (25) vfi&unden ist, die sich stromunter~ seitig des Gebläses über den Gebläsekanal (17) erstrecken.

2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sämtliche beschaufelten Stufen (R₁JR₂) des Kompressors von Rotorstufen gebildet werden.

· Gasturbinenstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (W^,V/g) antriebsmäßig mit den Turbinenrotorstufen (25,26) über konzentrisch angeordnete Wellen (51*52) verbunden sind, die radial innerhalb der Turbinenrotorstufen (25*20) und der Rotorstufen (R,,R₂) des Kompressors (55) liegen.

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^BAD Original

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4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach den Ansprüchen X bis 3, dadurch g e k e n.n ze i c h η e. t , daß das Gebläse (16) eine einzige drehbare Stufe; aufweist.

5,.GasturbinenstrahltriebwerknachAnspruch 4, \ \ dadurch ge k en η ze i c h η et, ,----daß die einzige drehbare Stufe am stromunterseitigen Ende der äußeren Kanalbegrenzungswandung (W₂) angeordnet ist.

6. Gasturbinenstrahltriebwerk nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , _: . daß das Gebläse (17) einen Lufteinlaß. (19.) aufweist, der str-omoberseitig des Lufteinlasses (2o) des Kompressors (33) liegt.

7. Gasturbinenstrahltriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis b_y dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , ■ \._ ; ' daß der Kompressor ein Niederdruckkompressor (33) ist, daß das Triebwerk außerdem einen unabhängig angetriebenen Hochdruckkompressor· (34) aufweist, dem Luft vom Kiederdruckkompressor (33) zugeführt wird und dessen Rotorsfcufen (R¹) mit Statorstufen (S) abwechseln. . ...-" .

b. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 7, ■

* dadx.irch g e k e η η ze i c h η e t ,-■". daä unabhängig voneinander drehbare tTiederdruGk-jZwlschendruck- und Hociidruckturbinen (26,25,24) vorgesehen und .antriebsmäßig über"konzentrisch angeordnete Wellen (30 bis 32) mit der inneren bzw. äußeren Kanalbegrenzungswandung (W-, ,Wp)- des Niederdruckkompressors (33) und den Rötorstufen (R^!) des Hochdruckkompressors (34) verbunden sind. ._:

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9. Gasturbinenstrahl triebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch g e'k e η η ζ e i c .h η e t /

daß eine Reihe von Turbinenstatorleitschaufeln (2Ü) zwischen aufeinanderfolgenden Turbinenrotoratufen vorgesehen ist und
daß die Leitschaufeln wenigstens einer der Reihen drehbar uni ihre Längsachsen derart gelagert sind,, daß die Strömungskapazität der Leitschaufein bezüglich des hindurchströmenden Gases veränderbar ist.

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