DE1626137C3

DE1626137C3 -

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Publication number: DE1626137C3
Application number: DE19671626137
Authority: DE
Priority date: 1967-01-11
Filing date: 1967-11-22
Publication date: 1976-09-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit einem inneren Primärkreis, einem äußeren Sekundärkreis, dessen Strom von einem gasturbinengetriebenen Verdichter erzeugt wird, mit einem aus Verdichter und Gasturbine bestehenden ersten Rotor und einem mechanisch davon unabhängigen zweiten Rotor, der einen im Primärkreis angeordneten Verdichter und eine im Sekundärkreis angeordnete Außenturbine aufweist. The invention relates to a two-circuit jet engine with an inner primary circuit, an outer secondary circuit, the electricity of which is generated by a gas turbine-powered compressor, with one of the compressor and a gas turbine consisting of a first rotor and a mechanically independent second rotor, the has a compressor arranged in the primary circuit and an external turbine arranged in the secondary circuit.

Auf Grund der Fortschritte in der Metallurgie werden bekanntlich immer größere Temperaturen am Turbineneinlaß möglich. In thermodynamischer Hinsicht bedeutet dies, daß der Verdichter ein immer größeres Druckverhältnis liefern muß. Bekanntlich läßt sich mit einem Einwellenverdichter ohne veränderliche Geometrie kaum ein Druckverhältnis von mehr als 5 erreichen; ein Zweiwellen-Verdichter könnte somit allenfalls ein Gesamtdruckverhältnis von 25 erreichen.It is known that because of the advances in metallurgy, the temperatures at the turbine inlet are always higher possible. In thermodynamic terms, this means that the compressor is always bigger Must deliver pressure ratio. It is known that a single-shaft compressor can be used without variable geometry hardly achieve a pressure ratio of more than 5; a twin-shaft compressor could thus at best achieve a total pressure ratio of 25.

Es werden jedoch, insbesondere für subsonische Fluge und zur industriellen Verwertung, noch größere Werte angestrebt. Es scheint naheliegend, zu diesem Zweck ein dreiteiliges Triebwerk mit drei koaxialen Wellen zu schaffen; dies würde jedoch zu kaum lösbaren konstruktiven Schwierigkeiten führen.However, it will be even larger, especially for subsonic flights and for industrial use Striving for values. It seems obvious, for this purpose, a three-part engine with three coaxial To create waves; however, this would lead to constructional difficulties that could hardly be resolved.

Bei einem vorbekannten Zweikreis-Strahltriebwerk der oben genannten Art (US-PS 24 05 919) ist im Sekundärkreis eine (aus zwei gegenläufigen Laufrädern bestehende) Luftturbine angeordnet, die einen konzentrisch innerhalb der Luftturbine im Primärkreis angeordneten Verdichter antreibt. Der Luftstrom im Sekundärkreis wird von einem (ebenfalls aus zwei gegenläufigen Laufrädern bestehenden) Verdichter erzeugt, der im hinteren Teil des Triebwerks angeordnet ist und von einer konzentrisch innerhalb des Verdichters angeordneten Gasturbine angetrieben wird. Der von der Luftturbine angetriebene, im Primärkreis angeordnete Verdichter bildet eine Art von Vorverdichter für das Grundtriebwerk und trägt somit zur Druckerhöhung des Grundtriebwerks bei. Da jedoch der den Luftstrom des Sekundärkreises erzeugende Verdichter ausschließlich im Sekundärkreis angeordnet ist und somit nichts zu einer Druckerhöhung im Primärkreis beitragen kann, ist das durch diese Anordnung erzielbare Druckverhältnis nicht größer als bei einem herkömmlichen Zweiwellen-Triebwerk.In a previously known two-circuit jet engine of the type mentioned above (US-PS 24 05 919) is in the secondary circuit an air turbine (consisting of two impellers rotating in opposite directions) arranged, one concentric drives the compressor arranged in the primary circuit within the air turbine. The air flow in the secondary circuit is generated by a compressor (also consisting of two counter-rotating impellers), which is arranged in the rear part of the engine and one arranged concentrically inside the compressor Gas turbine is driven. The one driven by the air turbine and arranged in the primary circuit Compressor forms a type of pre-compressor for the basic engine and thus contributes to the pressure increase of the base engine. However, since the compressor generating the air flow in the secondary circuit is exclusively is arranged in the secondary circuit and thus do not contribute anything to a pressure increase in the primary circuit can, the printing ratio achievable by this arrangement is no greater than that of a conventional one Twin-shaft engine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweikreis-Strahltriebwerk der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem sich das Druckverhältnis im Primärkreis ohne Vermehrung der Wellenanzahl vergrößern läßt.The present invention is based on the object of a two-circuit jet engine of the type specified at the beginning To create a way in which the pressure ratio in the primary circuit without increasing the number of waves can be enlarged.

Diese Aufgabe wird bei einem Zweikreis-Strahltriebwerk der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdichter des ersten Rotors sowohl den Primär- wie auch den Sekundärkreis mit Luft versorgt und stromauf von dem Verdichter und der Außenturbine des zweiten Rotors angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in a two-circuit jet engine of the type specified at the beginning solved in that the compressor of the first rotor with both the primary and the secondary circuit Air supplied and is arranged upstream of the compressor and the outer turbine of the second rotor.

Der den Luftstrom des Sekundärkreises erzeugende Verdichter treibt somit nicht nur die Außenturbine an sondern trägt auch zur Druckerhöhung im Primärkrei:The compressor that generates the air flow in the secondary circuit therefore not only drives the external turbine but also contributes to the pressure increase in the primary circuit:

bei. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Druckver hältnisses des Grundtriebwerks, wobei dennoch jede; Verdichter im gesamten Flug- bzw. Betriebsbereich be optimaler Drehzahl arbeiten kann.at. This allows an increase in the Druckver ratio of the base engine, but each; Compressor can work at optimum speed in the entire flight or operating range.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind ii den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements of the invention are specified in the subclaims.

An Hand von Zeichnungen werden einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigtSome Ausfüh approximately examples of the invention are explained in more detail with reference to drawings. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemä ßes Zweikreis-Strahltriebwerk und es zeigen die F i g. 2 und 3 Teilansichten zweier anderer Ausfüi rungsbeispiele.F i g. 1 shows a longitudinal section through an inventive ßes two-circuit jet engine and it show the F i g. 2 and 3 partial views of two other Ausfüi examples.

Das in den Zeichnungen dargestellte Zweikrei: Strahltriebwerk besitzt einen Niederdruck-Verdiente 1, der Luft in einen inneren Primärkreis 2 und eine äußeren Sekundärkreis 3 fördert. Im Primärkreis 2 befinden sich ein Hochdruckverdichter 4, eine Brennkarr mer 5 und eine Gasturbine 6, die die Verdichtergrupp 1, 4 antreibt, im dargestellten Beispiel besteht du Strahltriebwerk aus zwei Teilen: einem Niederdrucl· teil, zu dem der Niederdruck-Verdichter 1 und die Tu: binenstufe 6 a, verbunden durch eine Welle 7, gehöre: ferner einem Hochdruckteil, zu dem der Hochdruci Verdichter 4 und eine Turbinenstufe 6b, verbündt durch eine koaxial zur ersten Welle verlaufende zwei:The dual circuit shown in the drawings: jet engine has a low-pressure deserve 1, which conveys air into an inner primary circuit 2 and an outer secondary circuit 3. In the primary circuit 2 there is a high-pressure compressor 4, a combustion chamber 5 and a gas turbine 6 which drives the compressor group 1, 4; in the example shown, the jet engine consists of two parts: a low-pressure part, to which the low-pressure compressor 1 and the Tu: turbine stage 6a, connected by a shaft 7, also includes a high-pressure part, to which the high-pressure compressor 4 and a turbine stage 6b, connected by two coaxially to the first shaft:

Welle 8, gehören. Die Wellen 7 und 8 sind mittels Lagt 9 bzw. 10 gelagert.Wave 8, belong. The shafts 7 and 8 are supported by layers 9 and 10, respectively.

Ferner ist ein dritter Triebwerksteil, der mechanist unabhängig vom Niederdruck- und Hochdruckteil i vorgesehen. Zum dritten Triebwerksteil, den man au* Mitteldruckteil nennen kann, gehören ein Verdichter und eine Außenturbine 12, deren Laufradbeschaui lung, die sich im Sekundärkreis 3 befindet, mit d Laufradbeschaufelung lla des Verdichters 11, die siThere is also a third engine part, the mechanist provided independently of the low-pressure and high-pressure part i. To the third engine part, which can be Can call medium pressure part, include a compressor and an external turbine 12, whose impeller inspection development, which is located in the secondary circuit 3, with d impeller blades lla of the compressor 11, the si

im Primärkreis 2 vor dem Hochdruck-Verdichter 4 befindet, fest verbunden ist. Der Mitteldruckteil 11, 12 ist mittels Lager 13 gelagert.is located in the primary circuit 2 before the high-pressure compressor 4, is firmly connected. The medium-pressure part 11, 12 is supported by means of bearings 13.

Die Außenturbine 12 wird von der Luft angetrieben, die der Niederdruck-Verdichter 1 in den äußeren Kanal 3 fördert. Der vom Niederdruck-Verdichter 1 erzeugte Druck wird wegen der Druckminderung in der Außenturbine 12 größer gewählt als der Druck, der vor dem Mischen mit dem Primärstrom oder vor dem Ausstoßen erforderlich wäre.The external turbine 12 is driven by the air that the low-pressure compressor 1 flows into the external duct 3 promotes. The pressure generated by the low-pressure compressor 1 is due to the pressure reduction in the external turbine 12 is chosen to be greater than the pressure before mixing with the primary flow or before ejection would be required.

Die Außenturbine 12 besitzt einen Leitkranz 12a, dessen Leitschaufeln mittels einer Verstellvorrichtung 14 verstellbar sind. Durch die Schaufelverstellung kann das Durchsatzverhältnis in einem sehr weiten Bereich verändert werden. Beim Schließen der Leitschaufeln 12.7 verringert sich der Durchsatz des Sekundärstroms, und gleichzeitig vergrößert sich die Drehzahl des Mitteldruckverdichters 11, was eine Durchsatzvergrößerung des Primärstroms zur Folge hat. Das Durchsatzverhältnis läßt sich somit jedem Flugzustand anpassen, ohne daß die Verdichter 1 und 4 gestört werden. Der Wirkungsgrad des Triebwerks wird durch die Verwendung einer Schubdüse veränderlichen Querschnitts verbessert; aber bereits eine unveränderliche Schubdüse ermöglicht einen weiten Anwendungsbereich.The external turbine 12 has a guide ring 12a, the guide vanes of which by means of an adjusting device 14 are adjustable. By adjusting the blades, the throughput ratio can be adjusted over a very wide range to be changed. When the guide vanes 12.7 close, the throughput of the secondary flow decreases, and at the same time the speed of the medium pressure compressor 11 increases, which increases the throughput of the primary current. The throughput ratio can thus be adapted to every flight condition, without the compressors 1 and 4 being disturbed. The efficiency of the engine is determined by its use a variable cross section thrust nozzle improved; but already an immutable nozzle enables a wide range of applications.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 besteht der Mitteldruckverdichter 11 aus einem Teil. Der Mitteldruckverdichter kann jedoch auch aus mehreren Teilen 11', 11" (F i g. 2) bestehen, wobei jeder Teil seine eigene vom Sekundärstrom angetriebene Außenturbine 12', 12" besitzt. Die Drehrichtung der Verdichterteile kann gleich oder entgegengesetzt sein. Dementsprechend sind für jeden Mitteldruckverdichterteil Lager 13', 13" vorgesehen.In the embodiment of FIG. 1, the medium pressure compressor 11 consists of one part. The medium pressure compressor however, it can also consist of several parts 11 ', 11 "(FIG. 2), each part having its own external turbine 12 ', 12 "driven by the secondary current. The direction of rotation of the compressor parts can be equal or opposite. Accordingly, bearings 13 ', 13 "are required for each medium-pressure compressor part intended.

Die auf diese Weise am Außenrand der Verdichter 11 angeordneten, von Kaltluft durchströmten Außenturbinen 12 stellen keine besonderen Festigkeitsprobleme. Auch die verstellbaren Schaufeln des Leitkranzes 12,1 arbeiten in einem kalten Strom.The external turbines through which cold air flows and which are arranged in this way on the outer edge of the compressor 11 12 do not pose any particular strength problems. Also the adjustable vanes of the guide ring 12.1 work in a cold stream.

Wenn man jedoch einige zusätzliche technologische Schwierigkeiten in Kauf nimmt, kann man auch in einer vor der Außenturbine 12 angeordneten Hilfsbrennkammer 15 (F i g. 3) dem Sekundärstrom Wärmeenergie zuführen, wodurch ein beträchtlicher Schubgewinn und eine merkliche Verbesserung des spezifischen Verbrauchs bei supersonischen Flügen erzielbar sind.However, if you accept some additional technological difficulties, you can get into one supply the auxiliary combustion chamber 15 (FIG. 3) arranged in front of the external turbine 12 to the secondary flow, whereby a considerable gain in thrust and a noticeable improvement in the specific consumption can be achieved in supersonic flights.

Man könnte auch auf den Verdichter 4 verzichten und die vom Verdichter 11 (der jetzt der Hochdruckverdichter wäre) geförderte Luft unmittelbar in der Brennkammer 5 verbrennen.One could also do without the compressor 4 and that of the compressor 11 (which is now the high-pressure compressor would) burn conveyed air directly in the combustion chamber 5.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Zweikreis-Strahltriebvverk with an inner primary circuit, an outer secondary circuit, whose Electricity is generated by a gas turbine powered compressor, with one made up of compressor and Gas turbine consisting of a first rotor and a mechanically independent second rotor, one compressor arranged in the primary circuit and one external turbine arranged in the secondary circuit comprises, characterized in that the compressor (1) of the first rotor both the primary as well as the secondary circuit (2, 3) is supplied with air and upstream of the compressor (11) and the outer turbine (12) of the second rotor is arranged.

2. Two-circuit jet engine according to claim 1, characterized in that the impeller of the A guide ring (12a) with adjustable blades is assigned to the outer turbine (12).

3. dual-circuit jet engine according to claim 1 or 2, characterized in that downstream of the Compressor (11) of the second rotor in the primary circuit, a high-pressure compressor (4) is arranged.

4. Dual-circuit jet engine according to claim 3, characterized in that the high-pressure compressor (4) forms part of a third rotor, which is mechanically independent of the other rotors and has a further gas turbine (6b ) and its own shaft (8), the shaft (8) of the third rotor and the shaft (7) of the first rotor are arranged coaxially one inside the other.

5. dual-circuit jet engine according to claim 4, characterized in that the blading of the The outer turbine (12) of the second rotor, which is designed as a compact structural unit, is the blading of the directly surrounding it connected to the compressor (11).