DE1957005C3

DE1957005C3 - Antriebsvorrichtung für Zusatzaggregate, insbesondere für ein Gasturbinen-Triebwerk

Info

Publication number: DE1957005C3
Application number: DE1957005A
Authority: DE
Inventors: Frederick William South Glastonbury Brunkhardt; Stanley Hartford Zaimor Jun.
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1968-11-19
Filing date: 1969-11-13
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE1957005A1; US3520632A; GB1250040A; CA921324A; JPS4812003B1; FR2023588A1; DE1957005B2

Description

Die Erfindung beirifft eine Antriebsvorrichtung für Zusatzaggregate, insbesondere für ein Gasturbi-P'.Ti-Triebwerk, mit einer in ein Gehäuse ragenden Antriebswelle, die zum Antrieb der Zusaizaggregaie mit einem Antriebsteil in Eingriff ist. wobei das Gehäuse eine Einlaßöffnung für ein ÖI-Luft-Gemisch aufweist, welches innerhalb des Gehäuses durch an der Antriebswelle befestigte Mittel zur Trennung der beiden Gemischkomponenten in Drehbewegung versetzt wird, und mit net renn ten Auslaßöffnungen für das Öl und die Luft.

Eine derartige Antriebsvorrichtung ist durch die deutsche Auslegeschrift 1 175 491 bekannt. Dort wird Frischöl durch eine Förderpumpe in die Lauer der Turbinenläufer eingespritzt. Das ;ms dem Lager austretende Öl gelangt in einen Rücklaufkanal, und wird in einem Pumpenraum gesammelt. Von dort wird das Öl-Luft-Gemisch zu einem Abscheider gepumpt. In dem Rücklaufkanal sind Düsen vorgesehen, um eine Vorseparation zu bewirken.

Es ist dort zwar angegeben, daß der Abscheider möglichst kleine Dimensionen erhalten soll, jedoch ist dieser wegen der beschriebenen Konstruktion grundsätzlich notwendig. Nachteilig ist es hierbei somit, daß zwei getrennte Ölförderpumpcn von der Triebwerkswelle angetrieben werden müssen. Außerdem ist ein separater Öl-Luft-ANcheider erforderlich, der wiederum einen separaten Antrieb benötigt.

Eine ähnliche Antriebsvorrichtung ist durch die ! v\.-Patentschrift 2 610 7SS bekanntgeworden. Auch dort wird eine separat angeordnete Ölabsaugpumpc verwendet, die über eine zweite Antriebswelle angetrieben wird. Diese bekannte Vorrichtung erfordert daher ebenfalls Linen beträchtlichen Raumaufwand, der insbesondere bei Gasturbinentriebwerken für Flugzeugantrieb nicht zur Verfügung steht.

Durch dfe USA.-Patentschrift 3"2(S¹MIS ist die Lagerung einer Antriebswelle für Zusatzacaregaie bekannt.

Durch die I'SA.-Patentschrift 2 30i) 301 ist eine KraftstofT-Fürderpumpc mit Mitteln bekannt, um mitg'.'lührtc dase vor dem Eintritt ties Kraftstoffs i_n eine Kraftstoffzufuhrlcitung abzuscheiden.

Ausgehend von einer Antriebsvorrichtung tier eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit der Antriebsvorrichtung für die Zusatzaggregate nicht nur den Öl-Lutt-Abscheidcr. sondern auch noch die ölförderpumpc !konstruktiv zu vereinigen, so daß keine separaten Pumpen und Abscheider erforderlich sind.

Dies gelingt gemäß der Erfindung dadurch daß die Antriebswelle mit radialem Abstand /ur Bildung eines inneren Ringkanals in ein als hohlzylindnsches Zwischenstück ausgebildetes Antriebsteil hineinragt und mit demselben in Eingriff ist. welches seinerseits mit dem Abtriebsteil in Eingriff ist. daß an der An-

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Iriebswelle im wesentlichen radial nach außen in ilen inneren Ringkanal weisende Ansätze angeordnet sind, die zum Antrieb des Zwischenstücks mit demselben in Eingriff sind, und daß der innere Ringkanal zugleich als /iiiuhrleitung einer am Ende der Antriebswelle angeordneten ölabsaugpumpe ausgebildet isi.

Das Öl-Luft-Gemisch wird somit innerhalb des inneren Ringkanais in Drehbewegung versetzt, wobei die beiden Komponenten getrennt werden. Das Öl gelangt schließlich zur Pumpe, die in der Antriebsvorrichtung liegt. Die Pumpe ist unmittelbar an der Antriebswelle ausgebildet.

Es wird bevorzugt, wenn ein äußerer Ringkana!. ii, dem die Lager des Zwischenstücks angeordnet sind, zwischen dem Zwischenstück und dem Gehäuse vorgesehen ist, wobei der äußere Ringkana! vom Einlaß iles inneren Ringkanals ausgeht und in einen Sammelraum mündet, der über eine Öffnung mit der Öliibsaugpumpe in Verbindung steht. Fn diesem Samrnclraum kann sich das abgeschiedene Öl ansammeln.

Zur Unterstützung der Förderwirkung der Pumpe können am Ende des Zwischenstücks schräg verlaufende Nuten vorgesehen sein, welche ?.u der Öllihfuhröffnung führen.

Die innere Oberfläche des hohlzylindrischen Zwischenstücks kann in der Nähe der Einlaßöffnung jm dem inneren Ringkanal einen die Strömung förtlernden, sich nach außen radial erweiternden, kegci-Kumpfförmigen Bereich umfassen.

Zur Begrenzung einer Axialverschiebung der Antriebswelle wird es bevorzugt, wenn in dem Zwischenstück Ansätze einer zweiten Reihe in eine in der inneren Oberfläche des Zwischenstücks ausgebildete Umfangsnut hineinragen.

Zum Antrieb des Zwischenstück', können die Ansätze der ersten Reihe unterhalb der Ansätze der Zweiten Reihe liegen und zum Antrieb des Zwischenstücks on Leu radial äußeren Spitzen eine Verzahnung aufweisen, die mit einer Verzahnung in der inneren Oberfläche des Zwischenstücks in Eintriff steht.

Zur Abführung der Luft zwischen den Ansätzen tier ersten Reihe und dem Läufer der ölabsaugpumpc könnten den Ringkanal mit der hohl ausgebildeten Antriebswelle verbindende Öffnungen angeordnet tein.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbcispids näher erläutert. Es zcigl

Fig. 1 eine schematische Darstellung der we-_ntlichcn Teile einer Antricbsvorrichtuni: für die Zusatzßggregate nach der Erfindung, welche in den Mantel eines Mantelstromtriebwerks eingebaut ist.

F i g. 2 eine Schnittunsicht dieser Antriebsvorrichtung, woraus gleichfalls eine Ölabsaugpumpe und ein Abscheider ersichtlich sind,

F i g. 3 einen Schnitt entlang der ! mic 3-3 nach t i g. 2.

Fig, 4 einen Schnitt entlang der linie 4-4 nach Fig.2.

Die Erfindung wird in Zusammenhang mit einem Mantelstromtriebwerk beschrieben, welches einen äußeren Mantel 2 für einen Ringkanal 4 hat. durch welchen die Umgehungsluft strömt. Ein Zwischenmantel 6 ist zwischen einem Kompressor eines Triebwerks und einem Um^ehungskanal vorgesehen. Ein innerer Mantel 8 begrenzt einen Gasströmungskanal 10 für das aus dem K .ripressor strömende Gas. Der Kompressormantcl ist ringförmig und hat an seinem Innendurchmesser Statorschaufcln 12, die mit Blättern 14 an dem Kompressorrotor 16 abwechseln. Der Kompressorrotor 16 w^:-rd durch Lager (nicht dargestellt) getragen und dient als Antrieb für eine Antriebsvorrichtung der Zusatzaggregate, die später ausführlicher beschrieben wird.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist ein Gehäuse 20 der Antriebsvorrichtung im Innern des Mantels 4 vorgesehen. Eine Antriebswelle 22 erstreckt sich aus

ίο dem Gehäuse 20 zu der Kompressorrotorwelle 16. Die Antriebswelle 22 wird durch übliche Lager getragen und durch ein Zahnradgetriebe 24 angetrieben. Das Zahnradgetriebe 24 hat ein auf der Rotorwelle 16 befestigtes Kegelrad 26 sowie ein weiteres Kegelrad 28, das an einem Ende der Antriebswelle 22 sitzt. Die eigentliche Antriebsvorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben. Das Gehäuse 20 hat einen Innenraum 30. in den sich das andere Ende 32 der Antriebswelle 22 erstreckt. An dem Ende 32 der Antriebswelle 22 s.nd Ansätze 34 sowie Ansätze 36 in radialem abstand von den Ansätzen 34 angebracht. Des weiteren eine Ölabsaugpumpe 38 in radialem Abstand zu den Ansätzen 36 an der Welle 22 befestigt. Jedes dieser drei an der Welle 22 befestigten Teile liegt in dem Innenraum 30 D.;rt befindet sich des weiteren ein Zwischenstück 40, das die Antriebswelle 22 unter B'ldung eines Abstands umgibt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Zwischenstück 40 über die Ansätze 36 angetrieben. Wenn der Kompressorrotor 16 die Antriebswelle 22 über das Getriebe 24 ii Drehung versetzt, treibt die Antriebswelle 22 das Zwischenstück 40 über die Ansätze 36 an. Das Zwischenstück 40 hat eine Umfangsnut 42, in welcher die Ansätze 34

j.*. drehen. Dur-;h diese Ausführung wird eine Aufwärtsbewegung der Antriebswelle 22 begrenzt.

Wie schon erwähnt wurde, ist dns Zwischenstück 40 in Abstand zu der Antriebswelle 22 angeordnet, so daß ein innerer Ringkanal ausgebildet wird. Außer-Jem ist ein äußerer Ringkanal 48 zwischen dem Zwischenstück 40 und der Wand 46 des Gehäuses 20 vorgesehen. Das Zwischenstück 40 wird in dem äußeren Ringkanal 48 durch eine Vorrichtung 50. welche in dieser Ausführungsform aus Lagern 52 und 53 besteht, getragen. Der äußere Ringkanal 48 steht mit dem inneren Ringkanal 44 in Verbindung, der seinerseits an eine Öffnung 49 irn Gehäuse 20 anschließt. Demnach gelangt die durch die öffnung 49 eintretende Flüssigkeit zuerst in den inneren Rirgkanal 44 und in den äußeren Ringkanal 48; in dem äußeren Ringkanal 48 sind jedoch Mittel 54 vorgesehen, um die in diesen Kanal eintretende Strömung zu dosieren. Pci der beschriebenen Ausführungsform sind diese Mittel als eine Düse ausgebildet. Das Zwischenstück 40 trägt außerdem ein Abtriebsteil 60, das zu nicht dargestellten Triebwerkszusatzaggrcgatcn führt.

In Betrieb gelangt das Ol oder eine andere Flüssigkeit in das Gehäuse durch die Einlaßöffnung 49. Dabei strömt die Flüssigkeit entlang eines Verteilerflanschs 62 und gelangt dadurch hauptsächlich in den inneren Ringk"nal 44. Dort gelangt die Flüssigkeit zu einem kegelförmigen Bereich 64, der an einer Wand 65 des Zwischenstücks 40 vorgesehen ist.

6s Durch den kegelförmigen Bereich 64 wird die Flüssigkeit radial nach außen oder zu der Wand 65 geleitet und außerdem wird durch diesen kegelförmigen Bereich die Strömung erleichtert und die Flüssigkeit

αϊ den Ansätzen 34 geführt. Die Ansätze 34 können wn beliebiger Bauart sein: eine Ausführung mil drei Ansätzen wird jedoch bevorzugt. Jeder der drei Ansitze hut Keilnuten 66, um den Zusammenbau der Antriebsvorrichtung zu erleichtern. Die Ansätze 34 üben bei der Berührung der Flüssigkeit eine Drehbewegung auf dieselbe auv Der Aufbau der Ansätze 34, ist derart, daß die Flüssigkeit durch Nuten 68 (Fig. 3) /.wischen ihnen und dem Zwischenstück 40 strömen kann. Die Ansätze 36. über welche das Zwischenstück 40 angetrieben wird, haben einen ähnlichen Aufbau wie die Ansätze 34 mit der Ausnahme. daß dort sechs Ansätze ausgebildet sind. Auch hier sind in den Ansätzen Keilnuten als eine Verzahnung 70 angearbeitet, welche mit einer Verzahnung 72 an dem Zwischenstück 40 zusammenwirken, um die Bewegung zu übertragen. F.s sind auch Nuten 74 (Fig ?>) vorgesehen, welche eine Strömung der Flüssigkeit erlauben.

Wie schon oben beschrieben wurde, erteilen die Ansätze 34 der eintretenden Flüssigkeit eine Drehbewegung, und die Zcntrifugalwirkui' bewirkt das Abscheiden der mitgeführten Gase aus der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit strömt dann entbsng beiden Reihen von Ansätzen 34 und 3h und gelangt schließlich zu der Pumpe 38. Die Pumpe 38 besieht aus einem an der Welle 22 befestigten Läufer 78. der bewirkt, daß die Flüssigkeit durch Nuten 80 in das /.wischenstück 40 gepumpt wird. Die Nuten 80 stehen mil einem Auslaß 82 in Verbindung (Fig. 4). F.s wiid hervorgehoben, daß die Nuten 80 winkelförmig von der Finlaßscitc zu der Auslaßseite schräg durch das Zwischenstück 40 verlaufen.

In der vorliegenden Ausfühningsform besteht der Auslaß 82 aus einer Nut, die nur während eines Teils einer (.!',.-.drehung des Läufers 78 wirksam ist. Der Ausiaß 82 kann auch aus einer vollständigen öffnung bestehen und dabei während der ganzen Umdrehung des Läufers 78 wirksam sein.

Das von der Flüssigkeit in der Niihc der Ansätze 34 getrennte Gas bleibt im wesentlichen in der Nähe der Antriebswelle 22 und wird durch eine ÖlTnung 84 in der Antriebswelle 22 abgeleitet. Das Gas kann

ίο darm zu jeder geeigneten Stelle geleitet werden, die nicht dargestellt i:,t.

Fs ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung als Antriebsvorrichtung für Zusaizaggrcg.itc, als 01-absaiigpumpc und als Zentrifugalabscheider wirkt.

Wie schon oben erwähnt, gelangt der größte Teil der eintretenden Flüssigkeit in den inneren Ringkanal 44. Derjenige Teil, welcher nicht in diesen Ringkannl 44 gelangt, strömt durch die Dosierungsdüse 54 in den äußeren Ringkanal 48. Die Dosic- rungsdüsc 54 regelt die aus dem inneren Ringkanal eintretende Flüssigkeitsmenge. Von der Düse 54 gelangt die Flüssigkeit durch das Lager 52 und entlang der Wand 46 /u dem Lager 53; diese Flüssigkeit dient somit als Schmiermittel für die Lager 52 und

54. ^τΎ\ύ durch den äußeren Ringkanal 48 strömende Flüssigkeil sammelt sich in einem Sammclraum 86.

Der Sammclraum 86 steht mit der Ölabsaugpumpe

38 über eine OlTniing 88 .n Verbindung. Wenn der Flüssigkeitspegel in dem Sammclraum 86 ansteigt.

dringt die Flüssigkeit durch die ÖlTnung 88 und wird insbesondere durch die Schöpfwirkung der öffnungen 80 in dem Zwischenstück 40 auf ein :n Pegc' angehoben, von welchem sie durch den Auslaß SJ ausströmen kann.

Hierzu 1 Blatt. Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung für Zusatzaggregaie, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk, mit einer in ein Gehäuse ragenden Antriebswelle, die zum Antrieb der Zusatzaggregate mit einem Antriebsteil in Eingriff ist, wobei das Gehäuse eine Einlaßöffnung für ein Öl-Luft-Gemisch aufweist, welches innerhalb des Gehäuses durch an der An- iq triebswelle befestigte Mittel zur Trennung der beiden Gemischkomponenten in Drehbewegung versetzt wird, und mit getrennten Auslaßöllnungen für das Öl und die Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (22) mit radialem Abstand zur Bildung eines inneren Ringkanals (44) in ein als hohlzylindrischcs Zwischenstück (40) ausgebildetes Antriebsteil hineinragt und mit demselben in Eingriff ist. welches seinerseits mit dem Abtriebsteil in F.ingritl ist. ^e daß an der Ai.iriehswelle (22) im wesentlichen radial nach außen in den inneren Ringkanal (44) weisende Ansätze (36) angeordnet sind, die zum Antrieb des Zwischenstücks (40) mit demselben in Eingriff sind, und daß der innere Ringkanal j5 (44) zugleich als Zuführleitung einer am Ende der Antriebswelle angeordneten ölabsaiisipumpe (38> ausgebildet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekenn/eichnet. daß ein äußerer Ringkanal (48). in dem c'e Lager (50. 53) t\c< Zwischenstücks (40) angeordnet sind, zwischen dem Zwischenstück und dem Gehäuse (46) \orgesehen ist. und daß der äußere Riiigkan 1 (48) vom Einlaß des inneren Ringkanals (44) ausgeht, und in einen Sammclraum (86) mündet, der über eine Öffnung (88) mit der Ölabsaugpumpe (38) in Verbindung ist.

3 Antriebsvorrichtung nach. Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Zwi- Κ' schenstücks (40) zur Unterstützung der Förderwirkunc der Pumpe schräg verlaufende Nuten (80) vorgesehen sind, welche zu der ölabfuhröffnung führen.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der An ^!" sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß di.· innere Oberfläche des hohlzylindrischen Zwischenstücks (40) in der Nähe der Einlaßöffnung zu dem inneren Ringkanal (441 einen die Strömung fördernden, sich nach außen radial erwei- r.o tcrnden. kciiclstumpfförmigen Bereich (64) umfaßt.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß /ur Begrenzung einer Axialverschiebung der Antriebs- rö welle in dem Zwischenstück (40) Aiv-ätze (34) einer /weiten Reihe in eine in der inneren Oberfläche des Zwischenstücks ausgebildete Umfang¹·- nut (42) hineinragen.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5. da- 6" durch gekennzeichnet, daß die Ansätze (36) der ersten Reihe zum Antrieb des Zwischenstücks (40) unterhalb der Ansätze (34) der zweiten Reihe liegen und zum Antrieb des Zwischenstücks (40) an den radial äußeren Spitzen eine Verzahnung (70) aufweisen, die mit einer Verzahnung (72) in der inneren Oberfläche des Zwischenstücks (40) im Eingriff steht.

7 Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abführung der Luft zwischen den Ansätzen (36) der ersten Reihe und c'em Läufer (78) der ölabsaugpurope (38) den Ringkanal (44) mit der hohl ausgebildeten Antriebswelle (22) verhinderte Öffnungen (84) angeordnet sind.