DE1751094A1

DE1751094A1 - Flow machine

Info

Publication number: DE1751094A1
Application number: DE19681751094
Authority: DE
Inventors: Frank Littleford
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1967-04-03
Filing date: 1968-04-02
Publication date: 1970-08-13
Also published as: US3494539A; FR1556914A; GB1118898A

Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DIPL-ING. CUlfr/^fttOf 7 * - ? 4 DIPL-ING. GÜNTHER KOCH ' "^1751094 DR. TINO HAIBACHDIPL-ING. CUlfr / ^ fttOf 7 * -? 4th DIPL-ING. GÜNTHER KOCH '"^ 1751094 DR. TINO HAIBACH

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Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

StrömungsmaschineTurbo machine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine, z.B. auf inen Kompressor oder eine Turbine eines Gasturbinenstrahltriebwerkes oder eines hiervon getriebenen Gebläses.The invention relates to a fluid flow machine, for example a compressor or a turbine of a gas turbine jet engine or a fan driven by it.

GemäiD der Erfindung ist eine mit mehreren, winkelmäßig versetzten Rotorschaufeln versehene Strömungsmaschine in der Weise ausgebildet, daß die Rotorschaufeln von einer Hülse sich radial nach außen erstreckend getragen werden, daß eine Innenhülse innerhalb der erwähnten Hülse gelagert ist, wobei die beiden Hülsenkörper miteinander derart in Eingriff stehen, daß ein Antrieb zwischen ihnen stattfindet, und daß eine Nabe konzentrisch innerhalb der inneren Hülse gelagert und mit dieser über eine Vielzahl winkelmäßig versetzter Streben verbunden ist, wobei der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben beträchtlich größer ist als jener zwischen benachbarten Schaufeln.According to the invention is one with several, angularly offset Turbomachine provided with rotor blades designed in such a way that that the rotor blades are carried by a sleeve extending radially outward, that an inner sleeve within the mentioned sleeve is mounted, the two sleeve bodies are in engagement with each other in such a way that a drive between them takes place, and that a hub is mounted concentrically within the inner sleeve and angularly with this over a plurality offset struts is connected, the angular distance between adjacent struts is considerably greater than that between adjacent blades.

Bei einer derart gemäß der Erfindung ausgebildeten Strömungsmaschine wird eine übermäßige Materialverdrängung der Schaufeln anIn a fluid flow machine designed in accordance with the invention in this way will cause excessive material displacement in the blades

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der Nabe vermieden.the hub avoided.

™ fein.™ fine.

Vorzugsweise sind die Streben nach der Strömung hin offen, aber sie sind so gestaltet, daß sie im wesentlichen keine Wirkung auf die Energie ausüben, die der Strömung innerhalb der Maschine innewohnt.Preferably the struts to the flow are open, but they are designed so that they have essentially no effect on the energy inherent in the flow within the machine.

Die Schaufeln sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie eine konstante Wirkung vom Schaufelfuß bis zur Spitze auf die Energie ausüben, die sie der durch die Maschine fließenden Strömung aufprägen.The blades are preferably designed so that they have a constant Have an effect from the blade root to the tip on the energy that they impress on the current flowing through the machine.

Da, wie oben erwähnt, eine übermäßige Materialanhäufung der Schaufeln an der Nabe vermieden wird, können die Schaufeln so gestaltet sein, daß die im wesentlichen konstante Wirkung ausgeübt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine auf den maximalen Wert erhöht wird. Ein solch maximaler Wirkungsgrad könnte jedoch nicht erreicht werden, wenn eine solche Materialanhäufung vorhanden wäre.Because, as mentioned above, an excessive build-up of material on the blades at the hub is avoided, the blades can be designed so that the substantially constant effect is exerted, whereby the efficiency of the machine increases to the maximum value will. However, such maximum efficiency could not be achieved if such an accumulation of material were present.

Der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben ist wenigstens doppelt so groß wie der Winkelabstand zwischen benachbarten Schau-The angular distance between adjacent struts is at least twice as large as the angular distance between adjacent viewing

Es können Mittel vorgesehen sein, die eine begrenzte Radialbewegung zwischen Nabe und Hülse zulassen.Means can be provided which have limited radial movement allow between hub and sleeve.

So können mehrere, im Winkelabstand zueinander liegende Sektoren der inneren Hülse und der äußeren Hülse mit Eingriffszähnen versehen sein, die miteinander in Eingriff stehen.Thus, several sectors of the inner sleeve and the outer sleeve, which are angularly spaced from one another, can be provided with engaging teeth be engaged with each other.

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Außer in den mit den Verzahnungen versehenen Sektoren können Innenuriä Außenhülse radial im Abstand zueinander liegen, um die begrenzte Radialbewegung dazwischen zu ermöglichen.In addition to the sectors provided with the teeth, Innenuriä Outer sleeve lie radially at a distance from one another in order to allow the limited radial movement between them.

Die äußere Hülse kann aus einem faserverstärkten oder einem anderen Material bestehen und im Winkelabstand zueinander liegende sektorförmige Einsätze tragen, die mit den Zähnen versehen sind.The outer sleeve can be made of one fiber-reinforced or another Consist of material and angularly spaced sector-shaped Wear inserts that are provided with the teeth.

Die Schaufeln bewirken vorzugsweise eine Kompression des Strömungsmittels. So können die Schaufeln jene eines Gebläses sein, das The blades preferably compress the fluid. So the blades can be those of a fan that

herum ringsum ein Gasturbinenstrahltriebwerk/angeordnetiist und von diesemaround and around a gas turbine jet engine / is arranged

getrieben wird.is driven.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is illustrated below with reference to FIG Drawing described. In the drawing show:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einem an der Vorderseite angeordneten Gebläse nach der Erfindung,1 is a schematic, partially sectioned view of a gas turbine jet engine with a fan arranged at the front according to the invention,

Fig. 2 eine Sohnittansicht von Teilen der Auebildung nach Fig.l in größerem Maßstab,FIG. 2 shows a partial view of parts of the formation according to FIG on a larger scale,

Fig. j? eine abgebrochen dargestellte Vorderansicht, betrachtet in Richtung des Pfeiles J gemäß Fig.l,Fig. J? is a fragmentary front view viewed in FIG Direction of arrow J according to Fig.l,

Fig. 4 einen S^hnittansioht nach der Linie 4-4 gemäß Fig.2.FIG. 4 is a sectional view along the line 4-4 according to FIG.

Fig. 1 zeigt ein Marschtriebwerk für ein Flugzeug, bestehend aus einem Gasturbinenstrahltriebwerk IC, mit einem Triebwerksgehäuse 11, in dem in StröT:ur.gsrichtung hintereinander Sinlaileitschaufelr; 12,Fig. 1 shows a cruise engine for an aircraft, consisting of a gas turbine jet engine IC, with an engine housing 11, in which in StröT: primary direction one behind the other Sinlaileitschaufelr; 12,

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¹⁵ 1751D94 - ¹⁵ 1751D94 -

ein oder mehrere Kompressoren/(Fig.2)_# eine Verbrennungseinrichtung (nicht dargestellt) und eine oder mehrere Turbinen (nicht dargestellt) angeordnet sind.one or more compressors / (Fig.2) _# a combustion device (not shown) and one or more turbines (not shown) are arranged.

Konzentrisch um den Vorderabschnitt des Triebwerksgehäuses 11 ist ein Gebläsegehäuse l4 gelegt, in dem mehrere,im Winkelabstand liegende Rotorschaufeln 15 eines Gebläses gelagert sind. Die Rotorschaufeln 15, die aus Epoxydharz oder anderem synthetischen Kunstharz bestehen können, werden von einer Hülse 16 getragen und erstrecken sich von dieser radial nach außen.Concentric about the front portion of the engine casing 11 is a fan housing l4 placed in which several, angularly spaced Rotor blades 15 of a fan are mounted. The rotor blades 15, which are made of epoxy resin or other synthetic resin can exist are carried by a sleeve 16 and extend radially outward therefrom.

Die Hülse 16 besteht aus kompaktem faserverstärktem Werkstoff. Die Fasern können aus Kohlenstofffaser oder Glas bestehen und mit einem Epoxydharz oder -einem anderen synthetischen Kunstharz überzogen sein. Stattdessen können sie auch mit Metall oder einer Legierung, z.B. mit einer Nickel-Chrom-Legferung,überzogen sein.The sleeve 16 consists of compact fiber-reinforced material. the Fibers can be made of carbon fiber or glass and with a Epoxy resin or some other synthetic resin. Instead, they can also be made with metal or an alloy, e.g. with a nickel-chromium coating.

Die Hülse 16 weist mehrere (z.B. drei oder vier) im Winkelabstand zueinander liegende sektorförmig gestaltete Einsätze 20 auf, die in der Hülse eingebettet sind. Diese Einsätze 20 sind mit Zähnen 21 (Fig.4)versehen, die mit Zähnen 22 kämmen, welche an mehreren entsprechend im Winkelabstand angeordneten Sektoren einer Innenhülse 2 J befindlich sind, die innerhalb der Hülst 16 gelagert ist. Außer im Bereich dieser Sektoren sind Innenhülse 2j5 und Außenhülse · 16 radial im Abstand zueinander derart gelagert, daß eine begrenzte Radialbewegung dazwischen möglich ist.The sleeve 16 has several (e.g. three or four) angularly spaced sector-shaped inserts 20 which are embedded in the sleeve. These inserts 20 are provided with teeth 21 (Figure 4) which mesh with teeth 22, which on several corresponding sectors of an inner sleeve 2 J, which are arranged at an angular distance, are located, which is mounted within the sleeve 16. Except in the area of these sectors, inner sleeve 2j5 and outer sleeve 16 mounted radially at a distance from one another in such a way that a limited Radial movement in between is possible.

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Die Innenhülse''ist mit den radial äußeren Enden mehrerer im Winkelabstand angeordneter Aluminiumstreben oder anderer Streben 24 verbunden, die radial von einem Nabenkörper 25 vorstehen. DerThe inner sleeve ″ is angularly spaced with the radially outer ends of several arranged aluminum struts or other struts 24 connected, which protrude radially from a hub body 25. Of the

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BAD ORIGINAL·BATH ORIGINAL

Nabenkörper ist konzentrisch innerhalb der Hülse 16 und der Innenhülse 23 gelagert. Wie aus den Pig.3 und 4 ersichtlich, ist der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben 24 sehr viel größer als der Winkelabstand zwischen benachbarten Schaufeln 15 und dieser Abstand kann doppelt so groß oder größer sein. Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, daß eine Materialanhäufung von Schaufelmaterial 15 an der Nabe 25 vermieden wird, was sonst der Fall wäre, wenn die Schaufeln an der Nabe ansetzen würden. Hierdurch wird es weiter möglich, daß die Schaufeln 15, wie aus Fig.3 und 4 ersichtlich, so gestaltet werden, daß sie vom Schaufelfuß bis zur ?^rthaufelspitze im wesentlichen eine konstante Arbeit auf die hindurchtretende Luft ausüben, die innerhalb des Kanals hierdurch komprimiert wird. Schaufeln, die eine derartige konstante Arbeit über die gesamte Höhe bewirken, sind zweckmäßig, um den Wirkungsgrad des Gebläses auf einen maximalen Wert zu bringen.The hub body is mounted concentrically within the sleeve 16 and the inner sleeve 23. As can be seen from Figures 3 and 4, the angular distance between adjacent struts 24 is very much greater than the angular distance between adjacent blades 15 and this distance can be twice as large or larger. The effect of this arrangement is that an accumulation of blade material 15 on the hub 25 is avoided, which would otherwise be the case if the blades were to attach to the hub. This also makes it possible for the blades 15, as can be seen from FIGS. 3 and 4, to be designed in such a way that they extend from the blade root to the? ^rt haufelspitze exert essentially a constant work on the air passing through, which is thereby compressed within the duct. Blades, which cause such a constant work over the entire height, are useful in order to bring the efficiency of the fan to a maximum value.

Wenn jedoch im Gegensatz hierzu das Schaufelmaterial am Nabenkörper angehäuft wäre, dann wäre trotz konstanter Arbeit über die gesamte Höhe diese Arbelt sehr klein, weil sie nicht größer sein könnte als die maximale, am Schaufelfuß erzeugte Arbeit und diese Arbeit ist wiederum durch die Geschwindigkeit der Schaufel begrenzt, die am Schaufelfuß am geringsten ist. Bei der erfindungsgemKßen Anordnung haben die Schaufelfüße jedoch einen gewissen Abstand von der Nabe und bewegen sich daher mit größerer Umfangsgeschwindigkeit.If, however, in contrast, the blade material on the hub body would be accumulated, then would be despite constant work over the entire The height of this arbelt is very small because it could not be larger than the maximum work generated at the blade root and this work is in turn limited by the speed of the blade, which is lowest at the blade root. In the arrangement according to the invention however, the blade roots have a certain distance from the hub and therefore move at a greater peripheral speed.

Andererseits sind die Streben 24, obgleich sie nach defi durch das Gasturbinentriebwerk hindurchströmenden Luft offen sind, so gestaltet, daß im wesentlichen keine Arbeit auf diese Luft ausgeübtOn the other hand, the struts 24, although they are defi by the air flowing through the gas turbine engine are open, so designed that essentially no work is performed on that air

" wird." will.

009833/0698009833/0698

BAD ORIGINAL'BATH ORIGINAL '

Wie aus Fig.2 ersichtlich, wird der Nabenkörper 25 über eine Kupplung 26, z.B. durch eine Kupplung, die unter dem Warenzeichen "Curvic" vertrieben wird, von einer Welle 27 angetrieben, die ihrerseits durch die nicht-dargestellte Turbine des Triebwerkes angetrieben wird. Dieser Antrieb wird den Rotorschaufeln 15 über die Streben 2k und die Verzahnung 21,22 übertragen, wobei eine begrenzte Radialbewegung zwixschen der Nabe 25 und der Hülse 16 möglich ist. Diese begrenzte Radialbewegung ermöglicht eine gewisse differentielle thermische Ausdehnung.As can be seen from FIG. 2, the hub body 25 is driven by a shaft 27 via a coupling 26, for example a coupling sold under the trademark "Curvic", which in turn is driven by the turbine of the engine (not shown). This drive is transmitted to the rotor blades 15 via the struts 2k and the toothing 21, 22, a limited radial movement between the hub 25 and the sleeve 16 being possible. This limited radial movement allows for some differential thermal expansion.

Patentansprüche frClaims fr

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BAD ORIGINAL.BATH ORIGINAL.

Claims

Claims t

Ii turbo machine with several rotor blades at an angular distance from one another,
characterized ,

that the blades (15) are carried by a sleeve (16) and extend radially outward therefrom, that an inner sleeve (25) is mounted within the outer sleeve (16), the inner sleeve and outer sleeve having parts (20) which are in engagement with one another, to effect a drive connection between the two parts, and that a hub (25) concentrically within the The inner sleeve is mounted and connected to it via several struts (24) which are angularly spaced from one another, the angular spacing between adjacent struts is considerably greater than the angular spacing between adjacent blades.

2. Turbo machine according to claim 1,
characterized ,

that the struts (24) are exposed to the flow, but are designed so that they have essentially no effect on the energy the current flowing through the engine.

3. Turbo machine according to claim 1 or 2, characterized,

that the blades (15) are designed so that they have a substantially constant effect from the blade root to the blade tip exert on the energy they impart to the airflow through the engine.

009833/0699 * ^A

4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,4. Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized in that daß der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben (24) wenigstens doppelt so groß ist wie jener zwischen benachbarten Schaufeln (15).that the angular distance between adjacent struts (24) is at least twice as large as that between adjacent ones Shovels (15).

5> Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,5> Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized , daß Mittel (21,22) vorgesehen sind, die eine begrenzte Radialbe· wegung zwischen der Nabe (25) und der Hülse (16) zulassen.that means (21,22) are provided which have a limited radial area allow movement between the hub (25) and the sleeve (16).

6. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,6. Turbo machine according to Claims 1 to 5, characterized in that daß mehrere im Winkelabstand zueinander liegende Sektoren (20) der Innenhttlse und der Außenhülse mit miteinander in Eingriff stehenden Zähnen (21,22) ausgestattet sind.that several sectors (20) of the inner sleeve and the outer sleeve, which are angularly spaced from one another, are in engagement with one another standing teeth (21,22) are equipped.

7. Strömung*»schine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,7. flow * »machine according to claim 6, characterized , daß außer in jenen Sektoren InnenhUlse (23) und Außenhülse (16) radial la Abstand zueinander liegen, so daß eine begrenzte Radialbewegung dazwischen stattfinden kann.that except in those sectors inner sleeve (23) and outer sleeve (16) radial la spacing from one another, so that a limited radial movement can take place between them.

8. Strömungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,8. Turbo machine according to claim 7, characterized, daß die Hülse (16) aus faserverstärktem Material besteht und daß im Winkelabstand linsätze (20) eingefügt sind, die die Zähne (21,22) tragen.that the sleeve (16) consists of fiber-reinforced material and that at the angular distance linsätze (20) are inserted, which carry the teeth (21,22).

009833/0698 ./.009833/0698 ./.

BADBATH

9. Turbo machine according to one of the preceding claims, characterized in that that the blades (15) cause a compression of the fluid.

10. Turbo machine according to claim 9,

characterized in that the blades (15) are those of a fan (l4) which rotates around a gas turbine jet engine (10) is supported around and driven by it.

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BATH ORIGINAL