DE2101918A1

DE2101918A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2101918A1
Application number: DE19712101918
Authority: DE
Inventors: Christian Paul Gilbert Antony Rioux, (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1970-01-15
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1971-07-22
Also published as: US3705775A; DE2101918C3; DE2101918B2; FR2076450A5; GB1340363A

Description

Societe Nationale d'Etude
et de Construction de
Moteurs d'Aviation

15o Boulevard Haussmann

75 - Paris/Frankreich 15. Januar 1971

Anwaltsakte M-

Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk, insbesondere ein Strahltriebwerk für Luftfahrtzwecke.

Die herkömmlichen Gasturbinentriebwerke bestehen im wesentlichen aus mindestens einem Luftverdichter, der eine oder mehrere Heiz- oder Brennkammern mit Luft versorgt, und mindestens einer Turbine, in der die aus der Brennkammer ausströmenden Gase zumindest teilweise entspannt werden. Die Turbine liefert die zum Antrieb des Verdichters und der Hilfsaggregate erforderliche Leistung· Bei bestimmten Gasturbinentriebwerken sind verschiedene Gas- oder Luftströme vorgesehen, denen mindestens ein zusätzlicher Verdichter oder ein zusätzliches Gebläse zugeordnet werden kann (Mehrkreistriebwerke). Im folgenden soll der Ausdruck "Verdichter¹¹ auch solche Gebläse umfassen·

-2-109830/1382

Bisher wurde als Antriebverbindung zwischen Turbine und Verdichter eine Transmissionswelle verwendet. Die Welle stellt in der Tat ein Bauteil dar, das einfach und leicht sein kann, und ihre Übertragungskraft kann sehr groß sein.

Die Verwendung einer solchen Antriebsverbindung hat jedoch auch Nachteile, die insbesondere bei Triebwerken hinderlich sein können, die in stark veränderlichen Betriebsbereichen arbeiten müssen und an die hohe leistungsanforderungen gestellt werden:

Die Drehzahl und die Drehrichtung des Verdichters werden offensichtlich durch die Drehzahl und die Drehrichtung der Turbine festgelegt, so daß es schwierig ist, für jeden Betriebszustand die optimale Drehzahl der verschiedenen Verdichterstufen zu wählen. Dieser Nachteil wurde teilweise dadurch behoben, daß ein Verdichter mit mehreren Verdichterteilen verwendet wurde, von denen jedes mit einem eigenen Turbinenteil angetrieben wird. Hierbei müssen jedoch mehrere koaxiale Wellen verwendet werden, deren konstruktive Verwirklichung recht schwierig ist, denn sie werfen mechanische Festigkeitsprobleme auf (große Torsionskräfte, verschiedene Eigenfrequenzen) und erfordern besonders komplizierte Lager.

109830/1382

Wenn die aufeinanderfolgenden Schaufelräder des Verdichters mechanisch starr miteinander verbunden sind, müssen zwischen ihnen fest angeordnete Leitschaufelkränze angeordnet werden, die die Masse und die Außenabmessungen des Triebwerks erheblich erhöhen,, Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, zwei aufeinanderfolgende Schaufelräder des Verdichters durch eine innere Welle und eine rohrförmige äußere Welle anzutreiben, die mit zwei gegenläufigen Turbinenteilen gekuppelt sind. Die konstruktive Verwirklichung eines solchen Systems bringt jedoch im wesentlichen die gleichen Schwierigkeiten wie oben erwähnt mit sich.

Durch die Erfindung soll ein Gasturbinentriebwerk geschaffen werden, bei dem die Antriebsverbindung zwischen Turbine und Verdichter die oben genannten Nachteile zumindest teilweise vermeidet. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht· Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Gasturbinentriebwerks besser verstehen zu können, sollen zunächst einige Eigenschaften der Gleichpolmaschinen (Generatoren oder Motoren) erläutert werden.

Die bekannteste Gleichpolmaschine ist die Vorrichtung, die unter dem Namen ⁿBarlow-Rad^M bekannt ist.

-4_ 10 98 30/1382

Wie "bei den meisten reversiblen elektrotechnischen Maschinen wird bei den G-leichpolmaschinen von dem Zusammenwirken eines Stroms und eines Magnetfelds, dem sogenannten Induktionsfeld, Gebrauch gemacht. Der Strom durchfließt einen drehbaren Anker, der aus einer Gruppe von getrennten oder nicht getrennten Leitungen gebildet wird. Dieser Anker besitzt keine Wicklungen sowie keine Polstücke und kann bezüglich seiner Drehachse völlig rotationssymmetrisch ausgebildet sein, so daß er ein besonders einfaches, leichtes und stabiles Bau- ψ teil darstellt, da die mechanischen Kräfte gleichmäßig in ihm verteilt sein können. Das für die Betriebsweise einer solchen Maschine erforderliche Induktionsfeld ist vorzugsweise rotationssymmetrisch. Derartige Konfigurationen lassen sich in ganz besonders einfacher Weise erzielen.

Das Drehmoment der elektrodynamischen Kräfte bezüglich der Drehachse ist maximal, wenn in jedem Punkt des Ankers der Vektor der Stromdichte und der Vektor des Magnetfeldes aufeinander senkrecht stehen und in einer Axialebene liegen. Diese Bedingungen lassen viele Möglichkeiten für die Wahl der Form eines wirksamen Ankers offen. Unter diesen möglichen Formen lassen sich jedoch zwei extreme Arten unterscheiden:

a) Gleichpolmaschinen mit radialem Feld: Die Stromlinien müssen axial verlaufen und der Anker kann die Form eines

-5-109830/1382

dünnen zylindrischen Rings haben, dessen beide seitlichen Stirnflächen die elektrischen Klemmen darstellen;

b) Gleichpolmaschinen mit axialem PeId: Die Stromlinien müssen hier radial verlaufen, und der Anker kann von einer dünnen homogenen Scheibe gebildet werden, deren beide elektrischen Klemmen von den beiden konzentrischen Kreisen, die sie begrenzen, gebildet werden.

Ganz allgemein ist die elektromotorische (oder gegenelektromotorische) Kraft E einer Gleichpolmaschine durch folgende Beziehung gegeben:

worin φ den magnetischen Induktionsfluß, der den Anker durchdringt, und Co die Winkelgeschwindigkeit des Ankers darstellt.

Die Verwendung von Gleichpolmaschinen zur Energieübertragung zwischen der Turbine und dem Verdichter eines Gasturbinentriebwerks ist besonders vorteilhaft wegen ihrer extrem hohen Leistung, ihrer großen Einfachheit und ihrer Rotationseymmetrie, wodurch sie sich zum konstruktiven Einbau in ein

-6-109830/1382

Gasturbinentriebwerk besonders eignen; ferner verleihen sie - wie weiter unten erläutert wird - dem Triebwerk ein besonders anpassungsfähiges Betriebsverhalten.

Von den für die Gleichpolmaschinen charakteristischen Eigenschaften lassen einige die Verwendung von bestimmten neuartigen Mitteln besonders zweckmäßig - wenn auch zur Ausführung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich - erscheinen, Mittel, die insbesondere die Verwendung von großen FeId- W stärken und Induktionsfeldern ermöglichen, so daß man Motoren oder Generatoren erhält, die gleichzeitig eine große Leistung und ein ausgezeichnetes elektrisches Betriebsverhalten sowie Abmessungen besitzen, die - in axialer oder radialer Richtung - in der gleichen Größenordnung wie die der rotierenden Teile der herkömmlichen Gasturbinentriebwerke liegen.

So muß beispielsweise die Stromstärke des Ankers eines Gleichpolmotors, der einen Laufschaufelkranz des Verdichters antreibt, in der Größenordnung von 10 bis 1Cr Ampöre liegen. Bei den verhältnismäßig hohen Drehzahlen läßt sich das Problem, das durch die elektrische Berührung des rotierenden Ankers mit seinen Stromzuführungen entsteht, nicht durch die Verwendung eines herkömmlichen Kollektors mit Schleifring und Bürste lösen, der aufgrund der Reibung und des Joule-Effekts verhältnismäßig große Verluste erzeugen würde. Eine

—7— 109830/1382

vorteilhafte Lösung besteht darin, einen Ring aus flüssigem Metall zu verwenden, der von zwei leitenden Wänden "begrenzt wird. Von diesen leitenden Wänden bildet die eine den festen Teil und die andere den umlaufenden Teil der elektrischen Berührungszone. Zu diesem Zweck kann beispielsweise Quecksilber, eine Quecksilber-Indiumlegierung, ein Kalium-Natrium-Eutektikum oder ganz allgemein jedes Metall oder jede Metalllegierung mit guter elektrischer leitfähigkeit verwendet werden, deren Schmelzpunkt unter der Temperatur liegt, die das Metall oder die Legierung bei Betrieb der Maschine annimmt, oder vorzugsweise unter der im Betrieb auftretenden kleinstmöglichen Außentemperatur.

Die Forderungen bezüglich des elektrischen Wirkungsgrades und der zu übertragenden Leistung führen bei gegebener Drehzahl dazu, große Werte des Magnetflusses φ zu verwenden. Um den Magnetfluß auf einen wenig ausgedehnten Bereich zu konzentrieren und somit die Abmessungen des Ankers möglichst gering zu halten, müssen starke Induktionsfelder in der Größenordnung von mehreren Tesla verwendet werden, die von supraleitenden Feldwicklungen erzeugt werden können. Mit Hilfe von Induktionswicklungen, die beispielsweise von einer durch flüssiges Helium in supraleitendem Zustand gehaltene Niob- und Titanlegierung gebildet werden, lassen sich Felder von 8 bis 9 Tesla herstellen. Mit Niob- und Zinnlegierungen»

-8-109830/1382

die sieh zur Zeit in der Erprobung befinden, lassen sich Werte über 15 Tesla erzielen.

Die supraleitenden Feldwicklungen können von einem Ring geringer Dicke gebildet werden, der aus zusammengedrückten Windungen besteht, die auf der Drehachse des Ankers der Gleichpolmaschine zentriert sind. Bei einer Maschine mit radialem Feld läßt sich das Feld mit Hilfe zweier solcher ^ Wicklungen herstellen, die beidseitig zu dem zylindrischen Anker angeordnet sind und von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Bei einer Maschine mit axialem Feld können die Wicklungen in der gleichen Weise angeordnet werden, aber die Ströme durchfließen dann jede der Wicklungen in der gleichen Richtung.

Der elektrische Verbrauch der supraleitenden Feldwicklungen ist vernachlässigbar. Er verringert sich um den durch den Joule-Effekt gegebenen Wärmeverlust in den Abschnitten des " Induktionskreises, die nicht supraleitend sind, d.h. in den "Verbindungen,

Die Winkelgeschwindigkeit cJ eines Gleichpolmotors kann in der Weise geregelt werden, daß auf die Stromstärke des die Feldwicklungen durchfließenden Stroms eingewirkt wird, um den Magnetfluß φ zu ändern. Wenn man mehrere Gleichpol-

-9-109830/1382

motoren verwendet, die jeweils einen Teil oder eine Stufe des Verdichters antreiben, läßt sich die Drehzahl jedes der Motoren für jeden Betriebszustand des Triebwerks derart ändern, daß der aerodynamische Wirkungsgrad des Triebwerks maximal ist. Da die Stromstärke des durch die Feldwicklungen fließenden Stromes verhältnismäßig gering sein kann, bringt die Steuer- oder Regeleinrichtung zum Steuern oder Regeln der Stromstärke keine größeren technologischen Probleme mit sich.

Besondere Eigenschaften der oben beschriebenen Mittel bieten ferner die Möglichkeit, die Probleme, die beim Ausgleich der aerodynamischen Kräfte auftreten, in besonders einfacher Weise zu lösen und insbesondere die herkömmlicherweise zu diesem Zweck verwendeten Lager wegzulassen.

Genauer gesagt: Wenn die Stromlinien des durch den Anker einer Gleichpolmaschine fließenden Stromes nicht in Axialebenen liegen, sondern bezüglich der Axialebenen geneigt verlaufen, besitzen die entsprechenden Laplace-Kräfte im allgemeinen eine von Null verschiedene Axialkomponente. Diese Axialkomponente ist in jedem Augenblick dem Drehmoment der Maschine proportional. Andererseits ist im stationären Bereich die Axialkomponente der aerodynamischen Kräfte eines Schaufelrades des Verdichters oder der Turbine

-10-109830/1382

ebenfalls dem Drehmoment, das aus diesen Kräften resultiert, im wesentlichen proportional. Daraus folgt, daß man den Anker einer Gleichpolmaschine derart auslegen kann, daß die aerodynamischen Axialkräfte, die auf ein mit dem Anker verbundenes Schaufelrad oder eine Gruppe von Schaufelrädern ausgeübt werden, aufgrund der Neigung der Stromlinien (die hier die gleiche Rolle spielen wie die Schaufeln eines Schaufelrades) in jedem stationären Betriebszustand durch die entsprechenden elektrodynamischen Axialkräfte ausgeglichen werden können. Um dieses Gleichgewicht gegebenenfalls auch in den Übergangszuständen aufrechterhalten zu können, werden zusätzliche Ausgleichseinrichtungen vorgesehen, die von dem gleichen Prinzip Gebrauch aachen und die weiter unten beschrieben werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden zu diesem Zeck schräggestellte Schlitze verwendet, die in dem Anker der Maschinen mit radialem Feld gebildet sind.

Was die auf die Schaufelräder ausgeübten Radialkräfte betrifft, können die Drehkontakte aus flüssige« Metall zusätzlich zu ihrer Eigenschaft als elektrische Leiter als Zentrierlager verwendet werden, und zwar in der gleichen Weise wie die herkömmlichen hydrostatischen oder hydrodynamischen Strömungsmittellager.

-11-109830/1382

Zur Erläuterung seien einige Zahlenwerte angegeben, die im wesentlichen den gewünschten Eigenschaften des Antriebsmotors eines Schaufelrades eines mehrstufigen Axialverdichters in einem Strahltriebwerk großen Schubs entsprechen:

Lei stungsverbrauch	: 1 MW
Gesamtwirkungsgrad '	: 98,9$
elektromotorische Kraft	: 20 Volt
Drehzahl	: 60 000 U/min

mittleres Induktionsfeld : 10 Tesla

1): Der Anker besteht aus einer Kupferlegierung und die flüssigen Kontakte werden von Quecksilber gebildet. Der Gesamtwirkungsgrad berücksichtigt die Gesamtheit der durch den Joule-Effekt bedingten Verluste in dem Anker und den Kontakten sowie der durch Viskosereibung bedingten Verluste.

Für die beiden Gruppen von Gleichpolmaschinen, von denen oben die Rede war, erhält man somit die folgenden Eigenschaften, die eine Vorstellung von den Paktoren vermitteln, aufgrund derer man die eine oder andere der beiden Gruppen von Maschinen oder gegebenenfalls eine aus diesen beiden Gruppen kombinierte Maschine auswählt:

109 830/138 2

a) Maschine mit radialer Induktion:

Der Nutzteil des Ankers ist ein Hohlzylinder mit einem Radius von 100 mm, einer Dicke von 1 mm und einer Länge von 50 mm; seine Masse "beträgt 280 g und seine Leistung 4.10⁶ W/kg.

b) Maschine mit axialer Induktion:

Der Anker besteht aus einer Scheibe mit einem Innenradius von 100 mm, einem Außenradius von 120 mm und einer Dicke von 3 mm; seine Masse beträgt 370 g und seine Leistung 2,7.10⁶ W/kg.

Die Gleichpolmaschinen einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsverbindung besitzen somit nicht nur eine extrem hohe Leistung, große Einfachheit und Rotationssymmetrie, was insbesondere eine äußerst kompakte Bauweise ermöglicht, derart, daß die Gleichpolmaschine in einen Teil oder eine Stufe des Verdichters oder der Turbine konstruktiv völlig integrierbar ist, ohne daß dadurch die Masse oder die Außenabmessungen des Verdichters oder der Turbine merklich vergrößert werden; die Gleichpolmaschinen einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsverbindung können vielmehr gemeinsam mit den ihnen zugeordneten Stromleitungseinrichtungen und den Einrichtungen zur Erzeugung der magnetischen Induktionsfelder eine Baueinheit bilden, die eine nahezu vollkommene Rotations-

-13-109830/1382

symmetrie aufweist· Diese Rotationssymmetrie fällt vorteilhafterweise mit der Symmetrieachse zusammen, die bei den

-triebherkömmlichen Gasturbineiywerken ohnehin vorhanden ist.

line weitere besonders interessante Eigenschaft der Erfindung besteht darin, daß die aerodynamisch vorteilhafteste Ausführungsform, bei der sämtliche Stufen des Verdichters und sämtliche Stufen der Turbine untereinander gegenläufig sind, der einfachsten und wirtschaftlichsten elektrischen Ausführungsform, bei der die aufeinanderfolgenden Generatoren und Motoren in Reihe geschaltet sind, entsprechen kann, wodurch sich der mechanische, elektrische und aerodynamische Wirkungsgrad gleichzeitig maximalisieren lassen. Hierbei bleibt jedoch der Vorteil erhalten, daß sich die Drehzahl

auf jeder Stufe praktisch unabhängig regeln läßt, indem man/den Strom, der die Feldwicklungen eines jeden Schaufelrades oder einer jeden Gruppe von Schaufelrädern durchfließt, getrennt einwirkt.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in schematischer Weise ein erfindungsgemäßes Einkreis-Gasturbinentriebwerk,

-H-109830/1382

Figuren detailliertere Ansichten eines Teils des Ver-2 und 3

dichtere bzw· der Turbine, die Teil des Gasturbinentriebwerks nach Fig.1 bilden,

Figur 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Pig,2,

Figuren abgewickelte Zylinderschnitte, anhand derer in 5 und 6 schematischer Weise der Ausgleich der aerodynami-

sehen Axialkräfte erläutert wird,

Figur 7 eine andere Ausführungsform der in den Fign.5 und 6 gezeigten Mittel,

Figuren 8 und 9 weitere Ausführungsformen zum Ausgleich der

Axialkräfte und Einrichtungen zum Regeln dieses Ausgleichs, und zwar im Axialschnitt bzw. in einem abgewickelten Zylinderschnitt,

Figuren Abwandlungen der in den Fign.8 und 9 gezeigten 10 u.11 Anordnungen,

Figur 12 einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Verdichters und seiner Antriebsmittel,

-15-109830/1382

Figur 13 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Verdichters und seiner Antriebsmittel,

Figur 14- in schematischer Weise einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Zweikreis-Gasturbinentriebwerk mit einem Mantelstromgebläse,

Figur 15 eine detailliertere Ansicht der Antriebsverbindung, die das in Fig. 14 gezeigte Mantelstromgebläse antreibt.

Das in Fig.1 gezeigte Einkreis-Gasturbinentriebwerk wird von einem Strahltriebwerk gebildet, das in üblicher Weise in einem Gehäuse 8 angeordnet ist. Das Gehäuse 8 ist mit einem Lufteinlaß 9 versehen und wird von einer Strahldüse 10 verlängert. Das Strahltriebwerk besitzt - in Strömungsrichtung gesehen - einen Verdichter A mit beispielsweise zehn Stufen, eine Brennkammer C und eine zweistufige Turbine Do Die Strömungsrichtung des Gasstromes ist durch den Pfeil F angedeutet. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Anordnungen besteht der Mittelteil S des Strahltriebwerks aus unbeweglich angeordneten koaxialen Bauteilen. Diese Bauteile dienen zur Lagerung der umlaufenden Teile des Verdichters und der Turbine, erhöhen die mechanische Festigkeit des Triebswerks und übertragen den von den Generatoren erzeugten

-16-109830/1382

elektrischen Strom an die Motoren. Der Stromfluß des elektrischen Stromes ist durch die Pfeile I schematisch angedeutet. Der Mittelteil S ist durch Radialarme 13 und 15 mit dem Gehäuse 8 fest verbunden. Die Schaufelräder des Verdichters A, die sämtlich gegenläufig ausgebildet sind, werden unabhängig voneinander von elektrischen Gleiohpolmotoren angetrieben, die von G-leichpolgeneratoren gespeist werden. Die G-leichpolgeneratoren sind ebenfalls unabhängig voneinfc ander mit den Schaufelrädern der Turbine D gekoppelt, die ebenfalls gegenläufig ausgebildet sind.

Der Mittelteil S (Fign.2,3,4) besteht aus drei koaxialen Abschnitten: Einer massiven Welle 11, einem abgestuften Mittelzylinder 16 und einem Außenzylinder 44. Die innere Welle 11 bildet eine erste elektrische Leitung, die die Generatoren mit den Motoren verbindet. Der Mittelzylinder 16 ist mit der inneren Welle 11 durch eine Hülse 12 (Fig.2) und ein Verschlußteil 14 (Pig.3) verbunden. Er bildet den Lagerträger für die" Lager der Verdichterräder und der Turbinenräder. Der Zylinder 44 grenzt an den Zwischenzylinder 16 an, mit dem er verbunden ist. Er bildet eine zweite elektrische Leitung zwischen den Generatoren und den Motoren,

Der Zwischenzyliader 16, der mit verschiedenen Bauteilen

für
mechanisch in Berührung kommt,/die er als Lagerträger dient

S 2

und die sich auf einem anderen elektrischen Potential befinden, ist auf seiner Oberfläche mit einer Schicht 89 aus Aluminiumoxyd (Pig.4) bedeckt, die die erforderliche elektrische Isolierung sicherstellt. Da die Potentialunterschiede an allen Punkten kleiner als höchstens einige hundert YoIt bleiben, kann diese Schicht sehr klein sein, damit kein mechanisches Pestigkeitsproblem entsteht und die Wärmeabfuhr nicht behindert wird. Wie weiter unten gezeigt, kann der Mittelteil des Triebwerks durch ein Kanalsystem gekühlt werden, in dem der Brennstoff umläuft.

Der Verdichter A, dessen vorderer und hinterer Abschnitt in Fig.2 dargestellt sind, besitzt 10 gegenläufige Stufen, von denen jede einem Gleichpolmotor zugeordnet ist.

Das Schaufelrad 122, das die erste Stufe des Verdichters bildet, weist einen Kranz aus Schaufeln 120 auf, die auf einer Habe 124 befestigt sind. Die Nabe 124 ist über Stege 126 mit dem zylinderförmigen Anker 128 des zugehörigen G-leichpolmotors verbunden. Der elektrische Strom durchfließt den Anker 128 in der axialen Richtung. Er wird von zwei Drehkontakten 130 und 131 aus flüssigem Metall zugeführt, die an den seitlichen Enden des Ankers 128 angeordnet sind« Die Drehkontakte bilden außerdem Strömungsmittellager zvd Zentrierung des Schaufelrades. Jeder der Dreh-

-18-109830/1382

kontakte besteht aus einem Ring aus flüssigem Metall, das zwei zusammenwirkende Flächen benetzt. Von diesen zusammenwirkenden Flächen ist die eine ein Abschnitt am seitlichen Ende des umlaufenden, mit dem Schaufelrad 122 fest verbundenen Ankers, während die andere Fläche eine feste Schulter ist, die gleichzeitig den Stromfluß und die Positionierung des rotierenden Schaufelrades sicherstellt«

| Der feste Teil des Drehkontaktes 130 ist eine Schulter 16a

am vorderen Ende des Mittelzylinders 16, der mit der inneren leitenden Welle 11 über die Hülse 12 elektrisch verbunden ist. Der feste Teil des Drehkontaktes 131 ist eine Schulter 134a des Rings 134, der durch die oben erwähnte Aluminiumoxydschicht 89 von seinem Lagerträger 16 elektrisch isoliert ist.

Der Anker 128 besteht beispielsweise aus einer Kupferlegierung, die eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit sowie eine ausreichende mechanische Festigkeit besitzt·

Das Induktionsfeld wird in dem Anker 128 von zwei supraleitenden Feldwicklungen 36 und 136 erzeugt, die eine bestimmte Anzahl von um die Achse des Schaufelrades gewickelten Windungen enthalten* Sie sind auf jeder Seite des Ankers 128 angeordnet und werden mit Strömen gespeist, die jede

-19-109830/1382

von ihnen in entgegengesetzter Richtung durchfließen, derart, daß sie ein Induktionsfeld längs der durch die Pfeile B angedeuteten Kraftlinien erzeuge¹!, deren Richtung in der Nähe des Ankers 128 im wesentlichen radial verläuft.

Die folgenden Stufen des Verdichters sind genauso wie die erste Stufe aufgebaut, und daher zeift die Pig,2 nur die drei ersten und die beiden letzten Verdichterstufen, Die Drehkontakte 230 und 231 des Schaufelrades 222 der zweiten Stufe besitzen als unbeweglichen Teil eine zweite Schulter 134-b des Rings 134 und eine erste Schulter 234a des Rings 234, der wie der vorhergehende mit dem Zwisc-iriizylinder starr verbunden, von ihm jedoch elektrisch ;oiiert ist. Der Ring 134 stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen dem vorderen Ende des Ankers 12C der ersten Stufe und dem hinteren Ende des Ankers 228 der zweiten Stufe dar. Dasselbe gilt für den Ring 234, was die Anker 228 und 328 der zweiten und dritten Stufe betrifft, und so weiter bis zur zehnten Stufe, die über den Flüssigkeitskontakt 1031 an der Schulter 44a des Außenzylinders 44 anliegt. Der Außenzylinder 44 bildet, wie bereits erwähnt, das zweite Element der beiden Leitungen, die die von den Generatoren erzeugte elektrische Energie an den Verdichter übertragen.

Das Induktionsfeld dos lleichpclmotors der zweiten Verdichterstufe wird von !$2 fel£wieV:lung 136 und einer PeId-

i ^f ■ i Yi ύ / 1 3 8 2

wicklung 236 erzeugt. Die Feldwicklung 236 wird von dem Versorgungsstrom in der gleichen Richtung wie die Feldwicklung 36 durchflossen, und die Feldlinien, die durch die Pfeile B angedeutet sind, verlaufen in der Nähe des Ankers 228 im wesentlichen radial.

Die mittleren Wicklungen 136 gehören zu den Mitteln zur Erzeugung des Induktionsfeldes zweier aufeinanderfolgender ^ Verdichterräder. Sie werden derart mit Strom gespeist, daß zwei aufeinanderfolgende Wicklungen von dem Strom in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Der Versorgungskreis dieser Wicklungen ist nicht dargestellt, aber die Mittel für seine konstruktive Ausbildung werden weiter unten erläutert.

Im Betrieb werden die Anker nacheinander (in Reihenschaltung) und in der gleichen Richtung von dem elektrischen Strom durchflossen und von einem magnetischen Induktionsfluß w durchdrungen, dessen Vorzeichen sich von Stufe zu Stufe ändert. Dies hat zur Folge, daß Jeweils zwei aufeinanderfolgende Schaufelräder in entgegengesetzter Richtung umlaufen· Es ist bemerkenswert, daß dies durch die denkbar einfachste Anordnung der Anker bezüglich der Feldwicklungen erreicht wird.

-21-109830/1382

Die Feldwicklungen 36,136 ... 1036 "bestehen aus einem Material, das von einer umlaufenden Tiefsttemperaturflüssigkeit supraleitend gehalten wird. Zu diesem Zweck sind die Wicklungen in einer thermisch isolierten Umhüllung 45 angeordnet, die mit Anschlüssen 46 und 48 zum Zuführen und Abführen von flüssigem Helium versehen ist und zwischen der inneren Welle 11 und dem Zwischenzylinder 16 angeordnet ist.

Den Feldwicklungen jedes der Gleichpolmotoren des Verdichters ist eine programmierte Steueranlage (nicht gezeigt) zugeordnet, mit der sich durch - von Hand oder vorzugsweise automatisch erfolgende - Regelung der leidstärke und entsprechende Änderung des Induktionsfeldes die Drehzahl jeder Stufe des Verdichters derart einstellen läßt, daß der aerodynamische Wirkungsgrad des Verdichters in allen Flugbereichen optimal bleibt. Wenn auch die Mittel zur Erzeugung des Induktionsfeldes einer jeden Stufe nicht vollständig unabhängig von Stufe zu Stufe sind, läßt sich jedoch eine Verstellung innerhalb von Grenzen ausführen, die wesentlich weiter auseinanderliegen, als diejenigen Grenzen, die für die in Frage stehende aerodynamische Anpassung erforderlich sind.

Wie die Räder des Verdichters sind auch die Räder der Tur bine (Fig»3) gegenläufig ausgebildet und jeweils dem

-22-109830/1382

Anker einer Gleichpolmaschine zugeordnet. Sie weisen eben-• falls Drehkontakte aus flüssigem Metall auf, die gleichzeitig Strömungsmittellager zur Zentrierung "bilden.

Das erste Schaufelrad der Turbine 1 weist einen Kranz von Schaufeln 150 auf, die an einer Nabe 152 befestigt sind. Die Nabe 152 ist mit dem Anker 154 des zugehörigen Gleichpolgenerators starr verbunden· Der Anker 154 weist einen zylinderförmigen Abschnitt 154a auf, der sich in einem Bereich 154b scheibenförmig radial zum Außenrand erstreckt. Die Anordnung des Ankers 254 des zweiten Schaufelrads ist symmetrisch bezüglich derjenigen des Ankers 154, und sein konstruktiver Aufbau ist der gleiche.

Das axiale Ende des Bereiches 154a steht mit einer Schulter 44b des Außenzylinders 44 über einen Drehkontakt 161 aus flüssigem Metall in elektrischer Verbindung. Das radial äußere Ende des Bereiches 154b steht mittels Drehkontakten 162,262 aus flüssigem Metall unter Zwischenschaltung eines fest angeordneten Rings 56 mit dem entsprechenden Abschnitt des Ankers 254 in elektrischer Verbindung; der fest angeordnete Ring 56 ist mit einer Scheibe 54 starr verbunden, die an dem Zwischenzylinder 16 befestigt ist_c Ein Drehkontakt 261 aus flüssigem Metall schließlich stellt über das Verschlußteil 14 eine elektrische Verbindung zwischen dem

-23-109830/1382

■.mit~

- 23 -

axialen Ende des Bereichs 254a des Ankers 254 und der inneren Welle 11 her. Die beiden Generatoren sind somit durch die oben erwähnten Leitungen 11 und 44 mit den Motoren des Verdichters in Reihe geschaltet und elektrisch verbunden. Hierbei ist die Richtung der Induktionsfelder, die weiter unten genauer beschrieben werden, derart, daß sich die elektromotorischen Kräfte der Generatoren addieren.

Die Feldwicklungen 60,160,260,154,254 der Generatoren sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Mittelebene der beiden Turbinenräder angeordnet. Die Wicklungen 60,160,260 werden von Strömen gleicher Richtung durchflossen und erzeugen in dem scheibenförmigen Abschnitt der Anker 154 und 254 der Generatoren ein im wesentlichen axial verlaufendes und verhältnismäßig gleichförmiges Feld. Die beiden Wicklungen 164 und 264 werden von Strömen gleicher Richtung durchflossen, die der Flußrichtung des Stroms in den Wicklungen 60,160 und 260 entgegengerichtet ist. Diese Wicklungen erzeugen in der Nähe des zylindrischen Bereichs der Anker ein im wesentlichen radial verlaufendes Feld. Die Pfeile B stellen schematisch den Verlauf des Feldes dar· Da die beiden Turbinenräder gegenläufig sind, ist es offensichtlich, daß die Art der elektrischen Zuordnung der Anker, die die einfachstmögliche ist, der Additivität der elektro-Botorischen Kräfte entspricht.

-24-109830/1382

Die Feldwicklungen 60,160,260,164,264 bestehen - wie die des Verdichters - aus einem Material, das von flüssigem Helium, welches in den die Wicklungen umgebenden Umhüllungen 70 umläuft, in supraleitendem Zustand gehalten wird»

Wie im Fall der Motoren bestehen die Anker der Generatoren aus einem Metall, das eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine für die mechanischen Belastungen ausreichende Festigkeit besitzt. Wie sich in Fig.3 feststellen läßt, spielt der scheibenförmige Abschnitt der Anker der Generatoren mechanisch die Rolle der "Turbinenscheiden" der herkömmlichen Turbomaschinen, und er muß daher beträchtliche Zentrifugalkräfte aufnehmen können. Daher kann ein solcher Abschnitt auch - nach einer weiteren Ausführungsmöglichkeit aus einem zusammengesetzten Material bestehen, das aus zwei miteinander verbundenen Abschnitten besteht, von denen der eine eine übliche Legierung großer mechanischer Festigkeit ist und der andere - dünnere - aus einem Metall oder einer Legierung großer Leitfähigkeit besteht und die Rolle des Ankers spielt. Der Stromfluß zwischen den Ankern der Generatoren und den Ankern der Motoren ist durch die Pfeile I (Fign.2 und 3) dargestellt.

Die Trennflächen "flüssig-fest" im Bereich der Drehkontakte sind derart gerichtet, daß die magnetischen Feldlinien im

-25-109830/1382

wesentlichen tangential verlaufen. Durch diese Anordnung werden die Verluste, die durch Foucault-Ströme in dem in Drehung versetzten flüssigen Metall bedingt sind, vermieden.

In den Fign. 2 und 3 ist der elektrische Versorgungskreis der Feldwicklungen der Gleichpolmaschinen nicht dargestellt. Der Versorgungskreis muß bei geringer Leistung einen Strom verhältnismäßig großer Stromstärke (einige tausend Ampdre) liefern, und er kann beispielsweise einen statischen elektrischen Wandler aufweisen, der von Halbleiterelementen, wie sie unter dem Namen "Thyristor¹¹ bekannt sind, gesteuert wird. Die Halbleiterelemente erlauben eine sehr elastische Steuerung der sie durchdringenden Stromstärke, was sie besonders geeignet macht zur Steuerung der Drehzahl der Laufschaufelräder, in der gleichen Weise wie diejenigen, deren Verwendungsmöglichkeit oben beschrieben worden ist.

Die Kühlung des Mittelteils S, der insbesondere einer durch den Joule-Effekt bedingten Erhitzung ausgesetzt ist, erfolgt durch Zirkulation des Brennstoffs der Turbomaschine in Kanälen 72 und 74, die in dem Zwischenzylinder 16 und der inneren Welle 11 gebildet sind. Der Brennstoff wird den Kanälen 72, die im dem Zwischenzylinder 16 kranzförmig (Fig„4) angeordnet sind, zugeführt und fließt durch U-förmige Anflchlüsee 76 in die Kanäle 74 zurück, die in der Innenwelle

-26-109830/1382

gebildet sind. Der Kreislauf des Brennstoffs führt dann zu ■ den Einspritzdüsen (nicht gezeigt).

Die Axialkräfte, denen die Schaufelräder des Verdichters und der Turbine ausgesetzt sind, warden dadurch ausgeglichen, daß eine elektrodynamische Kraft erzeugt wird, die der axialen resultierenden der auf die Schaufeln jedes Schaufelrades ausgeübten aerodynamischen Kräfte entgegengerichtet ist. Zu diesem Zweck kann der Stromdichte in dem Anker der zugehörigen Gleichpolmaschinen eine Tangentialkomponente verliehen werden, indem sie beispielsweise mit Schlitzen, wie sie in den Fign. 5 und 6 dargestellt sind, versehen werden oder indem - allgemeiner gesagt - die elektrische Leitfähigkeit wenigstens eines Teils des Ankers anisotrop gemacht wird. Es können auch Feldwicklungen verwendet werden, die derart angeordnet sind, daß das Induktionsfeld in der Nähe der Anker eine merkliche Tangentialkomponente besitzt; eine solche Anordnung läßt sich jedoch nicht ohne Schwierigkeiten verwirklichen.

Fig.5 zeigt in einem abgewickelten Zylinderschnitt die Form der Anker des in Fig.2 dargestellten Verdichters. Diese Anker weisen jeweils eine Reihe von gleichmäßig verteilten dünnen Schlitzen 68 auf, die gegebenenfalls mit einer isolierenden oder verhältnismäßig wenig leitfähigen Substanz

109830/1382

gefüllt sind. Diese Schlitze bewirken, daß die Stromlinien des durch die Anker 128 ·.· 1028 fließenden Stromes schräg verlaufen.

Wenn G das Drehmoment und F die axiale resultierende der durch den Stromfluß erzeugten elektrodynamischen Kräfte ist, erhält man unabhängig von der in dem Anker herrschenden Feldstärke:

worin °£- die mittlere Neigung der Schlitze "bezüglich der Drehachse und R der Radius des Ankers ist. Bei einem Verdichterrad ergibt eine Neigung in der Größenordnung von einigen Grad das gewünschte axiale Gleichgewicht, das in jedem stationären Betriebszustand erhalten bleibt, wie bereits oben erläutert worden ist.

Die Stromlinien des durch die Anker fließenden Stromes sind durch die gestrichelten Linien I dargestellte Sie haben eine Neigung, die im wesentlichen der Neigung der Schlitze entspricht. Da sich die Richtung des Induktionsfeldes in aufeinanderfolgenden Ankern ändert, sind die Schlitze abwechselnd in der einen und in der anderen Richtung geneigt.

Fig.6 zeigt in einem abgewickelten Zylinderschnitt die Ausbildung der zylinderförmigen Abschnitte 154-a und 254a der

-28-109830/1382

Anker der in Pig·? gezeigten Turbine, die eine entsprechende Anordnung von gleichmäßig verteilten Schlitzen 69 aufweisen. Im Hinblick darauf, daß die Belastung eines jeden Turbinenrades wesentlich größer als die eines Verdichterrades ist, und die Schlitze 69 nur einen geringen Teil der Nutzfläche der Anker 154 und 254 einnehmen, ist ihre Neigung wesentlich größer als die der Schlitze 69 der Anker des Verdichters. Es genügt, das Verhältnis der Wicklungen 164 und 264 zu der Feldstärke der äußeren Wicklungen 160 ein für allemal zu regeln, um den Ausgleich der Axialkräfte für jeden stationären Betriebsbereich zu erhalten· Dennoch läßt sich, indem man auf die Wicklungen 164 und 264 getrennt einwirkt, im Betrieb eine Feinregelung des Kräfteausgleichs durchführen, ohne daß dadurch das Drehmoment der Generatoren wesentlich geändert wird.

Fig.7 zeigt eine andere Ausführungsform, mit der sich eine elektrodynamische Axialkomponente in einem scheibenförmigen P Anker erzielen läßt. Zu diesem Zweck ist der Anker 81 mit einer Reihe von gleichmäßig verteilten Schlitzen 82 versehen, die bezüglich den durch seine Drehachse gehenden Ebenen um einen Winkel <*- geneigt sind. Diese Schlitze nehmen einen mehr oder weniger radial ausgedehnten Bereich ein, in dem das Induktionsfeld B eine merkliche Radialkomponente B_r besitzt«

109830/1382

Wenn man in dem Anker 81 einen kreisförmigen Elementarkranz mit dem Radius r, der sich in dem Bereich der Schlitze 82 befindet, betrachtet und wenn B die Axialkomponente des Feldes B bezeichnet, ist das Verhältnis K der Axialkraft zu dem Drehmoment, das durch den Stromfluß I in diesem Elementarkranz erzeugt wird, gegeben durch:

1 ^Br ^i
K β 1 . gi . tg cL

Dieses Verhältnis ist unabhängig von der Stromstärke I des durch den Anker fließenden Stromes, Wenn überdies die Mittel zur Erzeugung des Feldes B nur aus einer einzigen Wicklung bestehen, ist das Verhältnis K ebenfalls unabhängig von der Stromstärke des durch diese Wicklung fließenden Stromes, und wenn mehrere Wicklungen vorgesehen sind, hängt es somit lediglich vom Verhältnis der Stromstärken der sie durchfließenden Ströme ab·

Wie oben läßt sich auch hier mit einem geeigneten Wert des Winkele cL der gewünschte axiale Kräfteausgleich für jeden stationären Betriebsbereich erzielen«

Die in den Fig.8,9,10 und 11 gezeigten Einrichtungen dienen zur Feinregelung des elektrischen Ausgleichs der Axialkräfte.

-30-109830/1382

Fig.8 zeigt in schematischer Weise zwei aufeinanderfolgende Verdichterräder 22a und 22b, die jeweils von einer Gleichpolmaschine mit einem zylinderförmigen Anker angetrieben werden.

Der mit dem Schaufelrad 22a fest verbundene Anker 28a ist einem im wesentlichen radial verlaufenden Magnetfeld ausgesetzt, das von Hauptwicklungen 36a und 36b erzeugt wird. | Die Hauptwicklungen 36a und 36b sind neben den axialen Enden des Ankers angeordnet und werden von entgegengerichteten Strömen durchflossen, durch deren Regelung das Drehmoment der Gleichpolmaschine geändert werden kann. Den Hauptwicklungen 36a und 36b ist eine Hilfswicklung 37a zugeordnet, die in der mittleren Querebene des Ankers 28a angeordnet ist.

Fig.9 zeigt die Ausbildung des in Pig.8 dargestellten Ankers 28a. Der Anker 28a weist gleichmäßig verteilte Schlitze 80 auf, deren mittlere Neigung auf beiden Seiten der Ebene der Hilfswicklung 37a voneinander verschieden ist. Vorzugsweise wird diese Neigung derart gewählt, daß die elektrodynamische Axialkraft, die entsteht, wenn die Hilfswicklung 37a von keinem Strom durchflossen wird, die aerodynamischen Axialkräfte, denen das Schaufelrad 22a im stationären Betriebsbereich ausgesetzt ist, im wesentlichen

-31-109830/1382

.,ι- 210.918

ausgleicht· Das Feld, das durch den Stromfluß in der Hilfswicklung 37a erzeugt wird,, ändert die Verteilung des Magnetflusses von der einen Seite zur andern Seite der Wicklungsebene, wodurch die resultierende der elektrodynamischen Axialkräfte verändert wird, ohne eine nennenswerte Änderung des gesamten Magnetflusses in dem Anker hervorzurufen; der Grund hierfür ist, daß die Hilfswicklung 37a in der Mitte bezüglich des Ankers 38a angeordnet ist. Eine solche Anordnung erlaubt somit eine Peinregelung des axiaJLen Kräfteausgleichs ohne Änderung des Drehmoments der Gleichpolmaschine, Ihre Anwendung ist insbesondere zur Erzielung eines extrem genauen Kräfteausgleichs zweckmäßig, vor allem in den Übergangsbetriebszuständen einer erfindungsgemäßen Turbomaschine.

Die Gleichpolmaschine, die das in Fig.8 gezeigte Schaufelrad 22b antreibt, ist in der gleichen Weise ausgebildet. Gleichwohl muß,-unter Berücksichtigung der jeweiligen Richtung des Feldes und des Stromes - die Ausrichtung der im Anker 28b gebildeten Schlitze symmetrisch bezüglich der Ausrichtung der im Anker 28a gebildeten Schlitze sein.

Die in den Fign, 10 und 11 gezeigte Anordnung betrifft eine Gleichpolmaschine mit axialem Feld und dient dem gleichen Zweck wie die in den Fign. 8 und 9 gezeigte Anordnung·

-32-109830/13 82

Der scheibenförmige Anker 83 weist Schlitze 84 auf, die bezüglich der durch seine Achse gehenden Ebenen geneigt sind und deren Form lediglich von der zweckmäßigsten Verteilung der elektrodynamischen Axialkräfte, die sie erzeugen sollen, abhängt. Zwei identische Wicklungen 85 und 86, deren Durchmesser vorzugsweise dem Außendurchmesser des Ankers 83 ungefähr entspricht, sind koaxial zueinander und in zwei Ebenen, die bezüglich des Ankers 83 symmetrisch sind, angeordnet. Sie werden von Strömen gleicher Richtung

" durchflossen, die ein Magnetfeld erzeugen, dessen Richtung im Bereich des Ankers 83 im wesentlichen axial ist. Durch Regelung der Ströme läßt sich das von der Maschine aufgenommene oder erzeugte Drehmoment ändern. Zwei Hilfswick— lungen 87,88, die in der gleichen Weise wie die oben erwähnten Hilfswicklungen angeordnet sind und deren Durchmesser vorzugsweise ungefähr dem Innendurchmesser des Ankers 83 entspricht, werden von entgegengerichteten Strömen durchflossen. Die Axial- und Radialkomponenten des Magnetfeldes, das von jeder der Hilfewicklungen im Bereich des Ankers 83 erzeugt wird, subtrahieren bezw. addieren sich, und dies hat zur Folge, daß der den Anker durchdringende Magnetfluß, falls die Wicklungen von Strömen gleicher Stromstärke durchflossen werden, unabhängig von der Stromstärke ist, und daß durch die Regelung dieser Stromstärke lediglich die Radialkomponente des Feldes, d.h. die elektrodynamische Kraft «um Ausgleich der Axialkräfte, geändert wird«

-33-109830/1382

Fig·12 zeigt eine weitere Aueführungsfora der Erfindung, bei der der Rotor eine« aua Rotor ubA Stator bestehenden Terdiohterteil· angetrieben wird. Der ?erdiohterteil wist im üblicher Weüe eine Reiht von fest angeordnetem, mit eimesi Gehäuse 1000 verbundtntn Leiteohaufelkränstn 111· auf, Ale •loh mit einer Reih· tob LaufSchaufelrädern 1119 abweohseln, Di· L»ufsohaufelrader 1119 eind «it eimern gjlimder 1120 feit Terbmndem, der in Lagern 1121 und 1122 uelauft.

Der Zylinder 1120 wird rom eine« elektrisches Oleiehpolmeter aafetriebea, der am» abwechselnd fett und beweglich ange ordneten Scheiben 1123 bBw. 1124 und einer Feldwicklung 1125 besteht. Die Feldwicklung 1125 wird τοη eine« Ring 1126 gehalten, der «it der labe 1131 eine· fest angeordneten Leit schaufelkranz te 1118 starr verbunden iat.

Die Gruppe der beweglichen Scheiben 1124 bildet den eigentlichen Anker des Gleichpolmotors. Diese Scheiben sind mit ihrem Außenrand an dem Zylinder 1120 befestigt, jedoch gegen diesen Zylinder 1120 elektrisch isoliert. Die zwischen den beweglichen Scheiben 1124 fest angeordneten Scheiben 1123 stellen über Drehkontakte 1127, die vorzugsweise von einem Ring aus flüssigem Metall gebildet werden, eine elektrische Verbindung zwischen dem Außenrand einer beweglichen Soheibe und dem Innenrand der benachbarten beweglichen

-34-109830/1382

210:918

Schell»· htr. Sie äußersten Scheiben 1123a und 1124a ' sehliefllioh sind alt den zylindrischen Leitungen 1128 «ad 1129 elektrisch Terbunden, svlsehe* denes ein ieo~ llerender lylindrisoher Hast ti ti 50 angeordnet ist _t auf de« die fett angeordneten Scheibta aufer der Scheibe 1123a befestigt lind.

Die bei 1125 stheaatisoh dargestellte feldwieklung botest an* einer supraleitenden Wicklung, die τοη einer flefsttesperatmrueJilllunt uageben ist« Dieee Wiokluag wird τοη koaxial UM Asker Terlanfenden VUdnngen gebildet· Ö*r

pfeil B stellt die Richtung der magnetischen Teldlinien dar, die τοη der ?tldwioklung 1125 «raeugt werden· Zn dem Bereich, der τοη de» Scheiben 1124 eingenommen wird, 1st das J?eld B im wesentlichen homogen und axial· Die Pfeile I stellen den Stromfluß durch den Anker dar· Wie man sieht, wird er in der gleichen Richtung wie jede der Scheiben 1124 durchflossen· Dies hat zur Folge, daß die von dem Feld B und dem Strom 1 * herrührenden laplace-Kräfte in jeder der Scheiben 1124 elektrodynamische Drehmomente gleicher Richtung erzeugen.

Der Motor ist über eine zylindrische Leitung 1129 und eine innere Leitung 1111 an dem ihm zugeordneten Gleichpolgenerator (nicht gezeigt) angeschlossen,

109830/1382

2101919

- 35 -

Pig.13 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig.2 dargestellten gegenläufigen Verdichters, bei dem jedoch die Anker nicht zylindrisch, sondern scheibenförmig ausgebildet sind.

Der Verdichter weist beispielsweise acht gegenläufige Verdichterräder 1219 auf, die durch weiter unten beschriebene Mittel auf einem Hohlzylinder 1211 drehbar gelagert sind. Der Hohlzylinder 1211 ist fest angeordnet und dient sowohl als elektrische Leitung wie auch als lagerträger des Verdichters. Der Zylinder 1211 ist beispielsweise mit Hilfe Ton Radialarmen (nicht gezeigt) am Gehäuse (nicht gezeigt) befestigt, das in herkömmlicher Weise den Gasstrom an den Schaufelspitzen begrenzt.

Jede Verdichterstufe weist einen Kranz aus Schaufeln 1219 auf, die an einer Nabe 1231 befestigt sind. Die Nabe 1231 ist mit einer Scheibe 1224 starr verbunden, die den Anker des zugehörigen Gleichpolmotors bildet. Beidseitig zu jedem Anker 1224 und koaxial zu ihm sind supraleitende Wicklungen 1125 angeordnet, die von einer mit umlaufendem flüssigem Helium gefüllten TiefsttemperaturumhüTlung 1225a umgeben sind und von fest angeordneten Scheiben 1223,1223a, 1223b getragen werden« Diese Scheiben sind mit dem zylindrischen Lagerträger 1211 mechanisch fest verbunden,

-36-109830/1382

durch eine Aluminiumoxydschicht (nicht gezeigt) jedoch von ihm elektrisch isoliert.

Die Wicklungen 1225 werden von Strömen gleicher Richtung durchflossen und erzeugen ein axiales Magnetfeld, dessen Linien durch die Pfeile B schematisch angedeutet sind.

Der kreisförmige Innenrand der Anker 1224 (abgesehen von dem Innenrand des ersten Schaufelkranzes) bildet eine erste elektrische Klemme, die über einen Drehkontakt 1227a aus flüssigem Metall mit dem einen der Seitenränder eines zylindrischen Flansches 1228 der fest angeordneten Scheiben 1223a in Berührung steht. Die Anker 1224¹ weisen an ihrem äußeren Umfang eine kreisförmige Schulter 1224a auf, die eine zweite elektrische Klemme bildet. Diese Klemme steht über einen weiteren Drehkontakt 1227b aus flüssigem Metall mit einem leitenden Schleifring 1229 in Berührung, der mit den abwechselnd zu den Scheiben 1223a angeordneten Scheiben 1223b starr verbunden ist*

In dem oberen Abschnitt des zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wicklungen 1225 liegenden Bereichs besitzt das Feld B eine merkliche Radialkomponente. Die Ausrichtung der Anker 1224 ändert sich somit und weist in dem entsprechenden Bereich einen Bchrägverlaufenden Abschnitt 1224b auf. Ferner

-37-109830/ 1382

verläuft die Meridiankontur der Flächen, die die Drehkontakte 1227a und 12271) begrenzen, in ihrer Nachbarschaft im wesentlichen parallel zu den Feldlinien des Feldes B. Auf diese Weise wird vermieden, daß während der Drehung Störströme in dem flüssigen Metall entstehen, Störströme, die "beträchtliche Verluste verursachen vürden.

Wie in Fig.13 ferner zu sehen ist, ist die Anordnung der Anker derart getroffen, daß das jeweils aus zwei aufeinanderfolgenden Ankern bestehende Gebilde bezüglich der Mittelebene der zwischen diesen Ankern fest angeordneten Scheiben 1223a bzw. 1223b symmetrisch ist. Gleichwohl sieht man, daß sich die Anordnung der ersten und letzten Stufe des Verdichters von den dazwischenliegenden Stufen insofern unterscheidet, als der Drehkontakt 1227'a der ersten Stufe unmittelbar an dem inneren Zylinder 1211 anliegt und der Zylinderflansch 1228¹ der letzten fest angeordneten Scheibe 1223'a von der Verlängerung einer ringförmigen Leitung 1212 gebildet wird, die die Leitung 1211 umgibt. Die Leitungen 1211 und 1212 sind wie in dem oben angegebenen Fall mit dem Gleichpolgenerator (nicht gezeigt) verbunden.

Die Pfeile I der Fig.13 zeigen in schematischer Weise den Stromfluß des die Anker 1224 speisenden Stromes. Wie man sieht, sind die Anker durch die Bauteile 1228 und 1229

-38-109830/1382

elektrisch in Reihe geschaltet, und jeweils zwei aufeinanderfolgende Anker werden von Strömen entgegengesetzter Richtung und axial verlaufenden Hagnetfeldern gleicher Richtung durchflossen, Dies hat zur Folge, daß die Drehmomente der auf jeden Anker ausgeübten Laplace-Xräfte entgegengesetzte Vorzeichen haben, was auch für die Drehrichtung der aufeinanderfolgenden Schaufelräder 1219aund 1219b gilt, wie bereits oben angegeben worden ist.

fc Der Ausgleich der Radialkräfte und der Axialkräfte, denen jede rotierende Verdichterstufe ausgesetzt ist, erfolgt gemäß zweier verschiedener Prinzipien. Die Radialkräfte werden von den Drehkontakten aus flüssige« Metall aufgenommen, die die Punktion von Strömungsmittellagern erfüllen. Zum Ausgleich der Axialkräfte sind die in Fig.13 dargestellten Anker 1224 - wie oben in Verbindung mit Fig.7 beschrieben - mit schrägverlaufenden Schlitzen 1224c versehen, die in einem Bereich, in dem das Feld B eine merkliche Radialkomponente besitzt, gleichmäßig über ihren Umfang verteilt sind. Durch die Neigung der Schlitze kann dem Vektor der Stromdichte eine Tangentialkomponente gegeben werden, der die erzeugte elektrodynamische Kraft proportional ist. Die Neigungsrichtung der Schlitze 1224c wird entsprechend dem Ausgleich der aerodynamischen Axialkräfte gewählt, während die Richtung des durch den Anker

-39-109830/1382

fließenden Stromes I and die Richtung des Magnetfeldes wie in Fig.13 gewählt werden.

Für einen Beobachter, der sich auf der gleichen Seite bezüglich der Schaufeln des in Fig.13 gezeigten Verdichters befindet, ist die Neigungsrichtung der Schlitze 1224c für die Anker der Schaufelräder 1219a und der in entgegengesetzter Richtung rotierenden Schaufelräder 1219b die gleiche.

Das in Fig.14 schematisch dargestellte Zweikreis-Strahltriebwerk besitzt in üblicher Weise ein vorderes Mantelstromgebläse 1c mit großem Durchsatz, von dem die Luft einerseits in einen von einem Außenmantel 2c und einem Innenmantel 3c begrenzten äußeren Ringkanal und andererseits in einen inneren Ringkanal gefördert wird. Der innere Ringkanal enthält - in Strömungsrichtung gesehen - einen Niederdruckverdichter 4c und einen Hochdruckverdichter 5c, eine Brennkammer 6c und eine Hochdruckturbine 7c sowie eine Niederdruckkabine 8c.

Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfolgt die Übertragung der von den Turbinen erzeugten Energie auf die Verdichter in kombinierter Weise, d,h. daß neben einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsverbindung eine herkömmliche Antriebsverbindung verwendet wird* Die Verdichter 4c und 5c sind in herkömmlicher Weise durch koaxiale

-40-109830/1382

rotierende Wellen 9c und 10c mit den entsprechenden Turbinen 8c und 7c verbunden, während das Gebläse 1c durch eine elektrische Antriebsverbindung 11c angetrieben wird. Die elektrische Antriebsverbindung besitzt, wie weiter unten ■ noch genauer beschrieben wird, einen Gleichpolgenerator, der über die Welle 9c mit dem Niederdruckverdichter 8c gekoppelt ist und einen Gleichpolmotor speist,· der an das Mantelstromgebläse das zu dessen Antrieb erforderliche Drehmoment abgibt.

Aufgrund dieser Anordnung braucht das Mantelstromgebläse nicht von einer zusätzlichen Niederdruckturbine angetrieben zu werden, die insbesondere bei großem Luftdurchsatz mit sehr kleiner Drehzahl umlaufen und dementsprechend eine große Anzahl von Stufen besitzen muß, die unter besonders ungünstigen Betriebsbedingungen arbeiten. Die Gleichpolmaschinen der elektrischen Antriebsverbindung 11c können dagegen derart ausgelegt werden, daß man die optimale Drehzahl des Mantelstromgebläses 1c bei einer Drehzahl der Welle 9c erhält, die allein von einem guten Wirkungsgrad des Verdichters 4c und der Turbine 8c abhängt.

Fig.15 zeigt etwas weniger schematisch eine konstruktive Ausführungsform der elektrischen Antriebsverbindung 11c, die das Mantelstromgebläse mit der Niederdruckturbine des Gasturbinentriebwerks gemäß Fig.14 verbindet,

-41-109830/ 1382

Die Antriebsverbindung enthält in einem profilierten Gehäuse 12c, das koaxial zum Gehäuse 3c (Fig.14)verläuft und durch nicht dargestellte Mittel mit diesem verbunden ist, einen Gleichpolgenerator 14c und einen Gleichpolmotor 15c. Die Anker 16c bzw. 17c dieser Gleichpolmaschinen sind als Scheiben ausgebildet, deren Dicke radial nach außen abnimmt, damit die Stromdichte des in ihnen umlaufenden Stromes im wesentlichen gleichförmig ist.

Der Anker 16c ist über ein Verbindungsstück 18c an einer rohrförmigen Welle 19c befestigt, die eine Verlängerung des Rotors 20c des Niederdruckverdichters 4c (Pig.14) stromaufwärts von einem Kugellager 21c bildet.

Das Laufschaufelrad 1c des Gebläses wird von einem konischen Bauteil 22c getragen, das die Verlängerung einer koaxial zur Welle 19c verlaufenden rohrförmigen Welle 23c bildet. Die Welle 23c weist einen Plansch 24c auf, an dem der Anker 17c des Gleichpolmotors 15c befestigt ist. Die Welle 23c läuft in einem Kugellager 25c und in einem Rollenlager 26c, dessen Außenring an der Welle 19c neben dem Lager 21c befestigt ist.

Die Lager 21c und 25c sind jeweils mit ihrem Außenring an einer inneren Verlängerung 26c dee Gehäuses 12c und einem

-42-109830/1382

Steg 27c, der mit dem Gehäuse einen starren Verband bildet," • befestigt.

Eine fest angeordnete ringförmige Leitung 28c, die mit dem Steg 27c starr verbunden ist, verbindet über Drehkontakte 29c bzw. 30c aus flüssigem Metall die radial äußeren Ränder der Anker 16c und 17c untereinander. Eine ringförmige Leitung 31c, die an der Basis des Ankers 17c befestigt ist, verbindet über einen dritten Drehkontakt 32c aus flüssigem Metall den Anker 17c mit der Basis des Ankers 16c. Auf diese Weise wird ein geschlossener elektrischer Kreis gebildet, der den Anker 16c, die feste Leitung 28c, den Anker 17c und dessen Verlängerung 31c enthält. Der elektrische Kreis befindet sich vollständig in dem im wesentlichen axial verlaufenden Magnetfeld, das von einer an dem Steg 27c befestigten supraleitenden Wicklung 33c erzeugt wird« Unter Berücksichtigung der Ausbildung des elektrischen Kreises rotieren die Anker 16c und 17c in der gleichen Richtung, und ihre Dreh- * zahlen stehen im gleichen Verhältnis wie die in ihnen herrschenden Magnetflüsse. Dieses Verhältnis wird durch die radiale Höhe bezüglich der Leitung 28c festgelegt, die die Rolle eines Reaktionsteiles bildet. Fm für die Drehkontakte eine Legierung wie beispielsweise ein Natrium-Kalium-Eutektikum, das sehr oxydierbar ist, verwenden zu können, ist der elektrische Kreis mit Hilfe von Verschlußteilen 35c und

-43-109830/1382

36c von einer abgedichteten Kammer 34c umgeben. Die Kammer 34c besitzt eine Einrichtung (nicht gezeigt) zum Zuführen eines unter Druck stehenden inerten Gases, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon. Die Verschlußteile 35c und 36c sind an der Leitung 28c befestigt und mit Dichtungspackungen 37c und 38c, die zur Abdichtung gegenüber den Wellen 19c bzw. 23c dienen, und einer zwischen diesen beiden Dichtungspackungen angeordneten dritten Dichtungspackung 39c versehen.

Die Wand 36c ist gegen die Leitung 28c elektrisch isoliert und trägt das fest angeordnete Teil 40c eines Drehkontaktes 41c, dessen bewegliches Teil von einem Flansch 42c gebildet wird, das mit dem Anker 17c mechanisch und elektrisch verbunden ist. Man kann somit bei Betrieb des Triebwerks zwischen der Wand 36c und deren Lagerträger 28c eine elektrische Spannung erhalten, mit der sich - über nicht dargestellte Leitungen - die verschiedenen an Bord des Flugzeugs befindlichen elektrischen Hilfsaggregate speisen lassen. Ferner kann das Triebwerk in der Weise angelassen werden, daß die oben erwähnten Leitungen im gewünschten Augenblick an eine äußere elektrische Energiequelle angeschlossen werden. '

Die Lager 21c, 25c und 26c sind beidseitig zu der Feldwicklung 33c und in gewissem Abstand dazu angeordnet. Durch

-44-109830/1382

diese Vorsichtsmaßnahme soll verhindert werden, daß in den Wälzlagerelementen (Kugeln oder Rollen) Ströme induziert werden. Außerdem sind zu dem gleichen Zweck in der Nähe dieser Lager Wicklungen 45c und 44c zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen, das dem von der Wicklung 33c erzeugten Magnetfeld örtlich entgegengerichtet ist. Diese Vorsichtsmaßnahmen werden durch Abschirmelemente 45c und 46c vervollständigt, die einen Ring großer magnetischer Permeabilität bilden, durch den der Einfluß des restlichen ) Feldes in den Lagern 21c und 25c ausgeschaltet werden kann«

Wie bereits oben gesagt, wird das Verhältnis der Drehzahlen des &ebläses 1c und des Rotors 20c durch das Verhältnis der Magnetflüsse in den Ankern 16c und 17c festgelegt. Bei der Anordnung gemäß Fig.15 hängt dieses Verhältnis nur von der Geometrie der Anker ab, da die Feldwicklung 33c nur einmal vorhanden ist. Um jedoch dieses Verhältnis ändern zu können, kann gemäß einer anderen Ausführungsform die Wicklung 33c durch zwei getrennte Feldwicklungen ersetzt werden, die mit einer Regeleinrichtung zum Indern des Verhältnisses der in den beiden Wicklungen herrschenden Stromstärken versehen sind.

-45-1 09830/ 1382

Claims

Societe Nationale d'Etude

et de Construction de Moteurs

d'Aviation

I5o, Boulevard Haussmann _ΛΓ _τ _ΛηπΛ

15. Januar 1971

- Paris 8e/France . .. .. _M,_1(r,

—■ Anwaltsakte M-l<+54·

Patentansprüche

[ 1. Gasturbinentriebwerk, insbesondere Strahltriebwerk für V-^iuftfahrtzwecke, mit einem Verdichter, einer Turbine und einer Antriebsverbindung zwischen Turbine und Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung mindestens eine mit der Turbine (D) gekoppelte, als Generator arbeitende elektrische Gleichpolmaschine und mindestens eine mit dem Verdichter (A) gekoppelte, als Motor arbeitende elektrische Gleichpolmaschine aufweist, wobei der Motor mit dem vom Generator erzeugten elektrischen Strom gespeist wird.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (124) zumindest eines Laufschaufelrades (120) des Verdichters und/oder der Turbine mindestens einen gemeinsamen Abschnitt mit dem Anker (128) einer der Gleichpolmaschinen aufweist«,

-46-109830/ 1382

3· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Verdichter und/oder die Turbine mehrere rotierende Schaufelkränze '(12O) aufweist, die jeweils von einem unabhängigen Schaufelrad getragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt des Schaufelrades den Anker (128) einer dem Schaufelrad zugeordneten Gleichpolmaschine bildet.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekenn-

P zeichnet, daß mindestens zwei aufeinanderfolgende Laufschaufelräder des Verdichters und/oder der Turbine gegensinnig umlaufen.

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufelräder des Verdichters und/oder der Turbine auf einer fest angeordneten Welle (16) gelagert sind, die mit einer elektrischen Isolierung (89) versehen ist, und daß die Anker der beiden angrenzenden Gleichpolmaschinen durch ein rotationssymmetrisches Bauteil (134), das koaxial zu den Ankern angeordnet ist, untereinander elektrisch verbunden sind,

6. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der LaufSchaufelräder

-47-10983 0/1382

einen scheibenförmigen Abschnitt aufweist, der von zwei koaxial zu den Rädern angeordneten, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird und den Anker einer dem betreffenden Laufschaufelrad zugeordneten Gleichpolmaschine bildet, und daß der Induktor dieser Gleichpolmaschine zwei beidseitig und koaxial zum Laufschaufelrad angeordnete Wicklungen (60, 160) aufweist, die von Strömen gleicher Richtung durchflossen werden,

7· Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der LaufSchaufelräder (1224) einen scheibenförmigen Abschnitt aufweist, der von zwei koaxial zu den Rädern verlaufenden, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird und den Anker einer dem betreffenden Laufschaufelrad zugeordneten Gleichpolmaschine bildet, daß jedes der Laufschaufelräder von dem folgenden Laufschaufelrad durch eine Induktionswicklung (1225) getrennt ist, die koaxial zu den LaufSchaufelrädern verläuft und von einem fest angeordneten Bauteil (1223a,1223b) getragen wird, und daß dieses fest angeordnete Bauteil mit einem koaxial zu den Laufschaufelrädern angeordneten Ring verbunden ist, der eine kreisförmige Klemme des einen Laufschaufelrades über Drehkontakte, insbesondere G-Ie it-

-48-109830/1382

kontakte, mit der entsprechenden kreisförmigen Klemme des auf der anderen Seite des fest angeordneten Bauteils befindlichen Laufschaufelrades elektrisch verbindet.

8. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zumindest einer der Gleichpolmaschinen eine Gruppe von miteinander verbundenen und in axialem Abstand zueinander angeordneten koaxialen drehbaren Bauteilen aufweist, von denen jedes einen

" scheibenförmigen Abschnitt besitzt, der von zwei koaxial zu der Gruppe der drehbaren Bauteile verlaufenden, kreisförmigen, elektrischen Klemmen unterschiedlichen Durchmessers begrenzt wird, daß diese scheibenförmigen Abschnitte durch fest angeordnete Bauteile und Drehkontakte, insbesondere Gleitkontakte, derart untereinander elektrisch in Reihe geschaltet sind, daß die Klemme kleineren Durchmessers der einen Scheibe mit der Klemme größeren Durchmessers der folgenden Scheibe verbunden

| ist, und daß der Induktor der Gleichpolmaschine eine Induktionswicklung aufweist, die koaxial zum Außenrand der Gruppe von drehbaren Bauteilen angeordnet ist und deren axiale Länge im wesentlichen gleich der axialen Länge der Gruppe von drehbaren Bauteilen ist.

10 9 8 3 0/1382

9. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Steigung, gemessen zwischen den axialen Enden, der Mittellinie der Meridianfläche des Ankers bei den Gleichpolmotoren kleiner als Eins und bei den Gleichpolgeneratoren größer als Eins ist.

10. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor und der Anker zumindest einer der Gleichpolmaschinen derart ausgebildet sind, daß das Induktionsfeld eine Radialkomponente und die Stromlinien im Anker eine Tangentialkomponente - oder umgekehrt - aufweisen.

11. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt des Ankers hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit anisotrop ausgebildet ist, um dem Stromdichtevektor in dem Anker eine Tangentialkomponente zu verleihen.

12. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem betreffenden Abschnitt des Ankers Schlitze (68;69;80) gebildet sind, die in eine Richtung geneigt sind, welche eine Tangentialkomponente aufweist.

-50-1 09830/1382

13. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schlitze (80) zwei axial getrennte Abschnitte aufweist, deren Neigung verschieden ist, und daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines zusätzlichen, regelbaren'Induktionsfeldes vorgesehen ist, um die Werte der Magnetflüsse, die durch den einen bzw. anderen entsprechenden Bereich des Ankers fließen, relativ zueinander ändern zu können (Fign.8,9)·

14· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Motors und der Anker des Generators jeweils einen scheibenförmigen Bereich aufweisen, und daß die Stromzuführungseinrichtung, durch die der Motor von dem Generator mit elektrischer Energie gespeist wird, einen Drehkontakt (32c) aufweist, wobei von den zusammenwirkenden Flächen des Drehkontaktes die erste mit dem einen radialen Ende des Ankers (14c) des Generators und die zweite mit dem entsprechenden radialen " Ende des Ankers des Motors verbunden ist.

15. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt (42c) des Ankers einer Gleichpolmaschine mit einem elektrischen Hilfskreis verbunden ist, der durch eine äußere elektrische Energiequelle - insbesondere zum

-51-109830/1382

Anlassen des Triebwerks - speisbar ist und /oder seinerseits eine elektrische Energiequelle - insbesondere zur Versorgung von Hilfsaggregaten des Triebwerks - bildet.

16. Zweikreis-Gasturbinentriebwerk mit einem in einem Mantelstrom angeordneten Gebläse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse durch eine Antriebsverbindung aus als Generator bzw. Motor arbeitenden Gleichpolmaschinen nach einem der vorhergehenden Ansprüche antreibbar ist (Pign. 14 und 15).

17· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (16c) des Generators mit einem anderen Bauteil (20c) des Triebwerkverdichters verbunden ist, der seinerseits von der Turbine angetrieben wird.

18. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Induktor zumindest einer der Gleichpolmaschinen eine Regeleinrichtung zum Regeln des magnetischen Induktionsflusses in dem zugehörigen Anker bzw. in den zugehörigen Ankern zugeordnet ist.

19. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung mit einer programmier-

-52-109830/1382

ten Steuervorrichtung verbunden ist, die die Drehzahl verschiedener Teile oder Stufen des Verdichters und/oder der !Turbine steuert.

20. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Gleichpolmaschinen einen im wesentlichen axial verlaufenden zylinderförmigen Anker und einen von zwei Wicklungen gebildeten Induktor aufweist, wobei die beiden Wicklungen im wesentlichen koaxial zum Anker verlaufen und mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, und daß die Wicklungen von Induktionsströmen entgegengesetzter Richtung durchflossen werden.

21. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Gleichpolmaschinen einen Anker mit einem scheibenförmigen ersten Abschnitt (254b) und einem im wesentlichen axial

P verlaufenden zylinderförmigen zweiten Abschnitt (254a) sowie einen Induktor aufweist, daß der Induktor den betreffenden scheibenförmigen Abschnitt umgebende Wicklungen großen Durchmessers und koaxial zu diesen Wicklungen verlaufende Wicklungen kleinen Durchmessers aufweist, daß die Wicklungen großen Durchmessers von Induktionsströmen gleicher Richtung durchflossen werden,

109830/13 82

um in dem scheibenförmigen Abschnitt des Ankers ein im wesentlichen axial verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen, und daß die Wicklungen kleinen Durchmessers von Induktionsströmen gleicher Richtung, die der Richtung der Induktionsströme der anderen Wicklungen entgegengesetzt ist, durchflossen werden, um in dem zylinderförmigen Abschnitt des Ankers ein im wesentlichen radial verlaufendes Magnetfeld zu erzeugen.

22. Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor zumindest einer der Gleichpolmaschinen wenigstens eine in supraleitendem Zustand gehaltene Leitung oder Wicklung aufweist.

23· Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor zumindest einer der Gleichpolmaschinen von einem statischen Wandler gespeist wird, der von Halbleiterlementen, insbesondere Thyristoren, gesteuert wird.

24. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der rotierenden Teile des Verdichters und/oder der Turbine auf einem oder mehreren Strömungsmittellagern aus flüssigem Metall oder einer flüssigen Legierung gelagert sind«

-54-109830/1382

25· Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige dieser Strömungsmittellager gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den fest angeordneten und umlaufenden Teilen einer Gleichpolmaschine sicherstellen.

26· Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich zumindest eines Lagers mindestens eine Ausgleichs-

- induktionswicklung angeordnet ist, die in dem betreffenden Bereich des Lagers ein Magnetfeld erzeugt, das dem Magnetfeld des Induktors einer in der Nahe des Lagers angeordneten Gleichpolmaschine entgegengerichtet ist.

109830/1382

SS"

Leerseite