DE2132460A1

DE2132460A1 - Zweistufiges Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2132460A1
Application number: DE19712132460
Authority: DE
Inventors: Anderson John Robert Browning
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-07-02
Filing date: 1971-06-30
Publication date: 1972-01-05
Also published as: FR2097149B1; GB1360386A; FR2097149A1

Description

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DIPL.-ING. HARRO GRALFS PATENTANWALT

33 BRAUNSCHWEIG

AM BORGERPARK 8 TELEFON (0531) 74798

28. Juni 1971 A 1434 - G/Lie

John Robert Browning Anderson, Trinity House, Hales Street,

Coventry. Warwickshire, Zweistufiges Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit einem ersten und einem zweiten Turbinenläufer sowie einem Verdichter,

die beiden Turbinenläufer so angeordnet sind, daß von ^n der Verdichter und eine Leistung abgebende Abtriebswelle über eine Getriebeanordnung angetrieben werden, das ein einen Schongang lieferndes Uralaufrädergetriebe einschließt mit einem Eingangsglied, das über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, einem Ausgangsglied, über das der Verdichter über ein Übersetzungsgetriebe angetrieben wird, und mit einem Reaktionsglied, mit dem die Abtriebswelle angetrieben wird.

Gasturbinentriebwerke der genannten Art sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften 1 2?6 986 und 1 426 385 gezeigt und beschrieben. Bei den bekannten Gasturbinentriebwerken ist ein Turbinenläufer vorgesehen, der in der Lage ist, einen Verdichter mit voller Leistung anzutreiben. Der zweite Ttirbiiaenlaufe^^t mit einer leistungabgenden Abtriebswelle verbunden.

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Wesentliches Merkmal der bekannten Gasturbinentriebwerke ist es, daß die Turbinenläufer auf unabhängig voneinander drehbaren Wellen angeordnet sind. Es ist daher notwendig, sowohl Getriebemittel für die Übertragung von Drehmomenten von einer Turbinenwelle auf die andere vorzusehen als auch Getriebemittel für die Übertragung der Drehmomente auf die leistungabgebende Abtriebswelle.

Aufgabe der Erfindung ist es, Gasturbinentriebwerke der genannten Art, die insbesondere zum Antrieb von Leistungsverbrauchern mit zeitweiligem Lehrlaufbetrieb, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bestimmt sind, konstruktiv zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der erste und der zweite Turbinenläufer eine gemeinsame Leistung abgebende Welle haben, daß von dieser gemeinsamen Welle das Untersetzungsgetriebe für das Le istungs eingangs glied des einen Schongang liefernden Umlaufrädergetriebes angetrieben wird, und daß die Leistung beider Turbinenläufer sowohl dem Verdichter als auch der Abtriebswelle zugeführt wird.

Vorzugsweise ist eine erste Freilaufkupplung in bekannter Weise zwischen dem Leistungseingangsglied des Umlaufrädergetriebes und dem Leistungsausgangsglied des Umlaufrädergetriebes derart angeordnet, daß das Eingangsglied nicht schneller umlaufen kann als das Abtriebsglied.

Das Reaktionsglied des Umlaufräderwechselgetriebes ist zweckmäßig in bekannter Weise mit einer Bremse verbunden, mit dem

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das Reaktionsglaed abbremsbar ist, um die Übertragung eines Drehmomentes von dem Reaktionsglied auf die Abtriebswelle zu verhindern.

Vorzugsweise ist eine zweite Freilaufkupplung in bekannter Weise zwischen dem Reaktionsglied des Umlaufrädergetriebes und der Abtriebswelle derart angeordnet, daß die Abtriebswelle das Reaktionsglied überholen kann. Eine dritte Freilaufkupplung kann in bekannter Weise zwischen dem Abtriebsglied des Umlaufrädergetriebes und der Abtriebswelle derart angeordnet werden, daß bei einem Überholen des Triebwerkes durch die Abtriebswelle durch die dritte Freilaufkupplung die Abtriebswelle mit dem Abtriebsglied des Umlaufrädergetriebes verbunden wird.

Ein Triebwerk gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im Nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Ein erster und ein zweiter Turbinenläufer 1, 2, die eine zweistufige Turbine bilden, haben eine gemeinsame leistungsabgebende Welle 5j die in zwei Lagern 4 und 5 drehbar ist. Auf der Welle 3 ist an dem dem ersten Turbinenläufer 1 benachbarten Ende ein Zahnrad 6 befestigt. Dieses Zahnrad 6 kämmt mit einem Zahnrad 7» das mit einem Planetenradträger 8 eines einen Schongang liefernden Umlaufrädergetriebes 9 verbunden ist. Die Drehzahl der Welle 3 wird vom Zahnrad 6 auf das Zahnrad 7 ins Langsame untersetzt, wobei das Untersetzungsverhältnis so gewählt ist, daß die zulässige Drehzahl von Welle 3 höher liegt als die zulässige Drehzahl des Planetenradträgers 8, ohne daß der Planetenradträger seine zulässige Drehzahl überschreitet.

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Der Planetenradträger 8 trägt eine Mehrzahl von Planetenrädern 10, die mit einem Sonnenrad 11 und einem innenverzahnten Zahnring 12 kämmen, der das Reaktionsglied des Umlaufrädergetriebes 9 bildet, Das Umlaufrädergetriebe 9 ist koaxial mit einer Leistungsabtriebswelle 15» die in Lagern 16, 17 und 18 drehbar ist. Das Sonnenrad 11 ist auf der Abtriebswelle 15 drehbar gelagert und weist eine erste Freilaufkupplung 19 auf, die zwischen dem Träger des Sonnenrades 11 und dem Zahnrad 7 wirksam ist und durch die es ermöglicht wird, daß das Sonnen- W rad 11 schneller umläuft als das Zahnrad 7· Das Sonnenrad 11 ist weiter mit einem Antriebszahnrad 20 für einen Verdichter 21 verbunden oder besteht mit diesem Zahnrad aus einem Stück. Das Antriebszahnrad 20 kämmt mit einem Zahnrad 22 auf einer Eingangswelle 23 des Verdichters 21, wobei eine Übersetzung ins Schnelle bewirkt wird. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 20 und 21 ist gleich dem Untersetzungsverhältnis der Zahnräder 6 und 7. Die Welle 23 des Verdichters 21 ist in einem Lager 24 drehbar.

Der Ring 12 ist fest mit einer koaxialen, rohrförmigen Verk längerung 25 verbunden, die ihrerseits mit einer konischen Bremsfläche 26 versehen ist, die mit einem undrehbaren Bremselement kuppelbar ist. Zwischen der rohrförmigen Verlängerung 25 und der Abtriebswelle 15 ist eine zweite Freilaufkupplung 27 angeordnet und zwar derart, daß die Abtriebswelle 15 schneller umlaufen kann als der Ring 12.

Eine dritte Freilaufkupplung 28 ist zwischen der Abtriebswelle 15 und dem treibenden Zahnrad 20 angeordnet. Die Abtriebswelle 15 ist an ein Drehzahlwechselgetriebe 29 angeschlossen, beispielsweise über eine Scheibenkupplung 30. Die dritte Freilaufkupplung; 28 ermöglicht es, daß das treibende Z-tfmrad 20

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schneller umlaufen kann als die Abtir⁵--Vhswelle 1.5. ^Λη eins Drehzahlw^hflelgetriebe 29 kann bei einem Fahrzeug eine treibende Welle verbunden sein, über die wenigstens ein Fahrzeugrad antreibbar ist.

Die Arbeitsweise des Triebwerkes und des Kraftübertragungssystems wird nun anhand einer Anwendung als Antrieb in einem Fahrzeug beschrieben.

Es sei ausgegangen von einem Zustand, bei dem das Fahrzeug steht, die Turbinenläufer 1 und 2 im Leerlauf umlaufen und der Ring 12 sich abgebremst über die Bremsflächen 26 im Stillstand befindet. Die Bremsmittel können in der Weise ausgebildet sein, wie es in der deutschen Patentschrift 1 276 dargestellt und beschrieben ist. Sie können dementsprechend in einem Steuerkreis angeordnet sein, der über das Kraftpedal für das Triebwerk und in Abhängigkeit von einer auf die Fahrgeschwindigkeit ansprechenden Einrichtung geschaltet wird. Dabei verhindern die Bremsmittel ein Drehen des Ringes 12 so lange, wie sich das Gaspedal in einer Stellung befindet, die im wesentlichen der Stellung bei der Leerlaufdrehzahl des Triebwerkes entspricht und die Fahrgeschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert abgefallen ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß das Leerlaufdrehmoment von der gemeinsamen Welle 3 auf die Abtriebswelle 15 übertragen wird. Das Leerlaufdrehmoment wird somit mit dem Übersetzungsverhältnis des Umlaufrädergetriebes auf die Verdichterwelle 23 übertragen.

Wenn das Gaspedal durchgetreten wird, um die Drehzahl der Turbinenläufer 1 und 2 zu erhöhen, wird die Bremsfläche 26

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freigegeben und das Reaktionsmoment, das von dem Umlaufrädergetriebe auf den Ring 12 ausgeübt wird, wird über die zweite Freilaufkupplung 27 auf die Abtriebswelle 15 übertragen. Die Abtriebswelle beginnt damit umzulaufen, während gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis sich zu verkleinern beginnt. Schließlich erreicht die Drehzahl der Abtriebswelle 15 die Drehzahl des Ringes 12. Das Übersetzungsverhältnis des Umlaufrädergetriebes ist dann 1:1.

Wenn dieser Zustand erreicht ist, kuppelt die erste Freilaufkupplung 19 das Zahnrad 7 mit dem Sonnenrad 11 und verhindert, daß die Drehzahl der Welle 3 die Drehzahl der Verdichterwelle 23 übersteigt, wenn die Drehzahl der ühirbinenläufer 1 und 2 weiter ansteigt.

Wenn die Abtriebswelle 15 vom Fahrzeug angetrieben

wird und damit dazu neigt, die Welle 3 mit den Turbinenläufern anzutreiben, kommen die erste und die zweite Freilaufkupplung 19, 27 außer Eingriff. Dafür wird die dritte Freilaufkupplung 28 wirksam, so daß von der Abtriebswelle 15 über die Zahnräder 20 und 22 der Verdichter 21 angetrieben wird. Das vom Verdichter aufgenommene Drehmoment kann damit als Bremsmoment nutzbar gemacht werden, während die Turbinenläufer 1 und 2 nur ein Leerlaufdrehmoment abgeben.

Eine Abbremsung der Bremsfläche 26 wird vorgenommen, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Da die zweite Freilaufkupplung 27 außer Eingriff tritt, kann die Abtriebswelle 15 weiter umlaufen.

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Das Umlaufrädergetriebe 9 kann in einer abgewandelten Ausführungsform Sätze von Verbundplanetenrädern aufweisen. Jeder Satz weist dabei zwei Planetenräder mit einer unterschiedlichen Zähnezahl auf, die koaxial miteinander verbunden sind. Bei einer solchen Ausführungsform können die Planetenräder des einen Satzes mit der Verzahnung des Ringes 12 kämmen, während die Verzahnungen des anderen Satzes von Planetenrädern mit dem Sonnenrad 11 kämmen.

Darüber hinaus kann alternativ die Abtriebswelle 15 zwei koaxiale Wellen aufweisen, von denen die erste das Sonnenrad 11 des Umlaufrädergetriebes trägt und an dem Ende mit dem Sonnenrad in dem Ring 12 drehbar gelagert ist, der seinerseits undrehbar mit der anderen der beiden koaxialen Wellen verbunden ist. In diesem Fall wäre die zweite Freilaufkupplung 27 so anzuordnen, daß sie zwischen der ersten koaxialen Welle und dem Ring 12 wirksam ist.

Das von dem Drehzahlwechselgetriebe 29 abgewandte Ende der Abtriebswelle 15 kann als Zapfwelle verwendet werden oder aber zum Antrieb von Hilfsaggregaten.

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Claims

Patentansprüche

Gasturbinentriebwerk mit einem ersten und einem zweiten Turbinenläufer sowie einem Verdichter, wobei die beiden Turbinenläufer so angeordnet sind, daß von ihnen der Verdichter und eine Leistung abgebende Abtriebswelle über eine Getriebeanordnung angetrieben werden, das ein einen Schongang lieferndes Umlaufrädergetriebe einschließt mit einem Eingangsglied, das über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, einem Ausgangsglied, über das der Verdichter über ein Übersetzungsgetriebe angetrieben wird, und mit einem Reaktionsglied, mit dem die Abtriebswelle angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Turbinenläufer (1, 2) eine gemeinsame Leistung abgebende Welle (3) haben, daß von dieser gemeinsamen Welle das Untersetzungsgetriebe (6, 7) für das Leistungseingangsglied (8) des einen Schongang liefernden Umlaufrädergetriebes (9) angetrieben wird, und daß die Leistung beider Turbinenläufer sowohl dem Verdichter (21) als auch der Abtriebswelle (15) zugeführt wird.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Freilaufkupplung (19) in bekannter Weise zwife sehen dem Leistungseingangsglied (8) des Umlaufrädergetriebes (9) und dem Leistungsausgangsglied (11) des Umlaufrädergetriebes derart angeordnet ist, daß das Eingangsglied nicht schneller umlaufen kann als das Abtriebsglied.

Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsglied (12) des Umlaufräderwechselgetriebes (9) in bekannter Weise mit einer Bremse (26) verbunden ist, mit dem das Reaktionsglied abbremsbar ist, um die Übertragung eines Drehmomentes von dem Reaktionsglied auf die Abtriebswelle (15) zu verhindern.

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4-. Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Freilaufkupplung (27) in bekannter Weise zwischen dem Reaktionsglied (12) des Umlaufrädergetriebes (9) und der Abtriebswelle (15) derart angeordnet ist, daß die Abtriebswelle das Reaktionsglied überholen kann.

Gasturbinentriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Freilaufkupplung (28) in bekannter Weise zwischen dem Abtriebsglied (11) des Umlaufrädergetriebe s (9) und der Abtriebswelle (15) derart angeordnet ist, daß bei einem Überholen des Triebwerkes durch die Abtriebswelle durch die dritte Freilaufkupplung die Abtriebswelle mit dem Abtriebsglied des Umlaufrädergetriebes verbunden wird.

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