DE2200497A1 - Geblaese,insbesondere fuer Gasturbinenstrahltriebwerke - Google Patents

Geblaese,insbesondere fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

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Description

Patentanwälte β München 2, Jj. Januar 1972
QIPLIllQ11 CURT WALLACH kaufingerstrasse8
DlPL-ING. GÜNTHER KOCH telefon 240275
DR. TINO HAlBACH
UNSER ZEICHEN: ljÜ 2OJ? ~ K/Vf'l
The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's
Government of Great Britain and Northern Ireland,
London, England.
Gebläse, insbesondere für Gasturbinenstrahltriebwerke
Die Ei findung betrifft ein Gebläse, insbesondere für Gasturbinenstrahl tri ebwer±ce.
Gebläse mit einer hohen Förderleistung sind für die verschiedensten Zwecke anwendbar, insbesondere bei Gasturbinenstrahltriebwerken
mit hohem Mantelstromverhältnis. Um die hohe Förderleistung zu erzielen, ist es üblich, den Gesamtdurchmesser der Gebläseschaufeln zu vergrößern, wobei versucht wurde, die Komplikationen, die mit
sehr großen Naben verknüpft sind, dadurch zu verringern, daß eine Nabe mit möglichst kleiner Abmessung benutzt wurde. Ein dann auftretendes Problem besteht darin, die Erzeugung eines übermäßigen
Lärms dadurch zu vermeiden, daß die Spitzenumfangsgeschwindigkeit der Gebläseschaufeln unterhalb der Schallgeschwindigkeit gehalten wird. Hierdurch wird die Drehzahl des Gebläses begrenzt und innere Abschnitte der Gebläseschaufeln müssen sich sehr langsam bewegen, so daß es schwierig ist, sie mit gutem Wirkungsgrad arbeiten zu
lassen. Eine Lösung, die bereits vorgeschlagen wurde, besteht
darin, eine zusätzliche Gebläsestufe vorzusehen, deren Durchmesser
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beträchtlich geringer ist als der des Hauptgebiäses, wobei ciieser Naben/.ompressor mit dem Hauptgebläse angetrieben wird oder auch in gewissen Fällen von einer getrennten 'Juroine.
Der Ifabenkompressor stellt dann die Wirksamkeit ira mittleren Abschnitt des Gebläses wieder her, seine Anwendung ist jedoch mit Komplikationen hinsichtlich des Antrieb verknüpft.
Der Erfindung liegt die Aui'gabe zugrunde, ein Gebläse mit einem solchen Nabenkompressor zu scharfen, der einen sehr einfache· η Antrieb aufweist und das veriügbare Drehmoment zwischen das K&uptgebläse und den i-Iabenkoiapressor aufteilt.
Die Erfindung geht aus von einem Gebläse mit einer ersten und einer in Strüwungsrichtung folgenden zweiten Rotorstufe und löst die gesteiioe Aufgabe dadurch, daß ein Differentialgetriebe vorgesehen ist, welches ein Sonnenrad,mehrere von einem Pi&netenradträger getragene Planetenräder und einen Zahnkranz aufweist, wobei die erste Rotorstufe mit dem Sonnenrad verbunden ist, während die zweite Rotorstufe antriebsmäßig mit dem Zahnkranz in Verbindung steht und der Antrieb auf uen Planetenträger1 einwirkt.
Die eiste Rotorstufe kann von einem Nabenkompressor gebildet werden und die zweite Stufe kann eine Hauptrotorstufe umfassen, wobei die Schaufeln des NaberiKompressors nur über den Mittelabschnitt der Hauptrotorstufe verlaufend angeordnet sind.
Im i?alle eines Gasturbinenstrahltriebwerks wird der Antrieo normalerweise von einer iurbine aes Triebwerks gebildet.
Der Nabenkompressor ist vorzugsweise mit einem äußeren Dchaufelring versehen, der von der Hauptrotorstufe getragen werden kann und
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.,ich nach vorn erstreckt, um den Nauenkouprereor zu um- ::chii<=ßen.
üernäß einer oevor^u0tüi: Ausführung der Erfindung ist das Gebläse ..zoaxiax zu einem G. serzeugungsschnitt gelagert, γ.ό daß das Gebläse Luft iiomprimiert, we„ehe die Nebenstromluft darstellt und die LiniaßlUi't ues Gasgenerators auflädt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsfor..i handeli. es sich bei ae;.. Gasgenerator um einen Zweiweilengasgenera cor mit einer Niedererjcl:t.;jl,ine, die uen Planetenträjer antreibt.
Nachstehend wird ein Auf-i'iii;irun0e"oeispiei der hi findung anhand der Zeichnung beschrieben. In uer Zeichnung zeigen:
/i^. 1 eine Ot,i!weite abgebrochen dar^ettelxte Ansicht, eincc Gas^urbinent^iebvierks mit einen ;_;euäß der hrfindun^; aucjebildo-
ten Gebj-ä^e,
ri^. 'd. in ^rößereui i-Iaßstab eine Schnit uc-iicich^ des G-;.iäscui.;ilc des ■χ ri ebvie ηζε na eh r'i a. 1.
Fig. 1 zeig^ ein Gaeturbinenstrahltrifecvierii mit einein Gacgeneratorteil 10 und einem Gebläse 11. Dae Gebläse verdichtet die Luft, von der ein Teil den Gasgenerator 10 auflädt, während uer heet zwischen Gasgenerator und Gtbiäse~vertcleidung 12 abströmt, um eine Vorwärtsschubkraft zu erzeugen. i.s ist ersichtlich, daß der Gasgenerator ein Zv;eiweiiengast,enerator i"t und daß er Zvjicchendruck- bzw. Hochdruckicompressoren 13 bzw. Ih aufweist, die antriebsmäßig mit einer Dwischenäru-ji-cturbine Io bzw. einer Hochdruckturbine 1-j verbunden sind. Line dritte Niederdruckturbine 17 treibt eine Niederdruckweile 1Ö an, die .-coaxial durch die Gasgeneratorwellen geführt ist,um das Gebläse anzutreiben.
Jie Ausbildung und anordnung des Gebläses ist av. besten aus rig.i zu erkennen. Da? Gebläse weist einen Hauptgebläserotor 20 auf, der aus mehreren Schaufein besteht, die auf einem Teil ihrer Höhe einen Schaufeiring 21 iragen. Innerhalb dee ochaufeirings 21 und ::trcmooer-
2 0 S Vi ?. V / 0 c- 8 0
BAD OBIGSMÄ,
seitig des Hauptgebläserotors 20 befindet sich ein Nabenkompressor 22, der wiederum mehrere Rotorschaufeln aufweist, die nur über dem Mittelteil des ttauptgebläserotors 20 verlaufend angeordnet sind.
Der Nabenkompressor 22 wird von einer Welle 23 angetrieben, die von Lagern 24 und 25 getragen wird. Das Lager 24 trägt die Welle 23 über die Welle 26 des Hauptgebläses 20 und diese Welle wird ihrerseits von einem Lager 27 gegenüber dem festen Aufbau des Triebwerks abgestützt. Zusätzlich zu diesen Lagern trägt die Welle 26 Lager 29 und 30, deren Zweck aus den nachstehenden Ausführungen erkennbar wird.
Um die Wellen 23 und 26 anzutreiben, ist die Welle 23 bei 3I mit einem Zahnkranz versehen, der das Sonnenrad eines Differentialgetriebes bildet. Die Welle 26 ist an einem Zahnkranz 32 festgelegt, dessen Innenverzahnung den Zahnkranz des gleichen Differentialgetriebes bildet. Mehrere Ritzel 33 kämmen mit de;a Sonnenrad 31 und dem Zahnkranz 32 und diese Ritzel werden von einem Ritzelträger 34 gelagert. Der Träger erstreckt nach vorn und wird innerhalb des Lagers 29 abgestützt, während der hintere Teil die Niederdruckwelle lö bildet. Dieser rückwärtige Portsatz wird vom Lager 30 abgestützt und trägt seinerseits ein Lager 25 der Welle 23.
Das Triebwerk arbeitet wie folgt:
Die Welle lö wird von der Niederdruckturbine angetrieben und diese treibt demgemäß den Planetenträger 34. Eine Drehung dieses Trägers bewirkt, daß die Planetenräder um die Gebläseachse umlaufen und eine Antriebskraft auf das Sonnenrad 31 und den Zahnkranz 32 ausüben. Wegen der Durchmesserdifferenz dieser Räder wird das größere Drehmoment auf den Zahnkranz ausgeübt und das kleinere auf das Sonnenrad. Infolgedessen wird eine größere Leistung dem Hauptgebläserotor zugeführt und eine kleinere Leistung dem Nabenkompressor. Dies ist die erwünschte Arbeitsaufteilung.
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Die aerodynamischen Verhältnisse von Gebläse und Nabenkompressor sind so ausgelegt, daß bei der Turbinennenndrehzahl das Gebläse mit genügend geringer Drehzahl umläuft, so daß nicht die Gefahr besteht, daß die Gebläseschaufel-Spitzenumiangsgeschwindigkeit im Schallbereich oder in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegt und so einen hohen Lärm erzeugt. Der Nabenkompressor dreht sich wesentlich schneller, da bei den Schaufein mit verhältnismäßig geringem Durchmesser die Gefahr des Einlaufens in den Schallbereich gering ist. Da der Nabenkompressor mit einer relativ hohen Drehzahl umläuft, kann er über seine gesamte radiale Höhe mit hohem Wirkungsgrad ausgelegt werden. Es wird daher ein wirksamer Ausgleich hinsichtlich des Mittelabschnitts des Hauptgebläses bewirkt. Tatsächlich können die Hauptgebläseschaufeln innen einfach als Streben ausgebildet sein, die keine Arbeit auf die Luft ausüben, die durch den Nabenkompressor vorher verdichtet wurde.
Das Sonnenrad, der Planetenträger und der Zahnkranz laufen sämtlich in der gleichen Richtung um. Die Differenzdrehzahl zwischen Sonnenrad und Zahnkranz wird durch die Drehung der Planetenräder aufgenommen. Es ist bekannt, daß bei einem Umlaufrädergetriebe, bei welchem diese Räder im gleichen Sinne umlaufen, wesentlich geringere Reibungsverluste auftreten, als bei einem Getriebe, dessen einzelne Bestandteile im Gegensinn umlaufen. Auf diese Weise werden die Reibungsverluste auf ein Sechstel herkömmlicher Planetenrädergetriebe vermindert. Eine solche Verminderung der Reibung ist von größter Wichtigkeit bei solchen Anwendungen, bei denen die übertragene Leistung sehr groß ist, da die Reibungsverluste, die als Wärme im Schmiermittel auftreten, große Schwierigkeiten inbezug auf die Wärmeabfuhr bereit ten.
Die Erfindung ist von besonderem Nutzen für die Gebläse von Gasturbinenstrahltriebwerken, jedoch kann die Erfindung auch für andere Gebläse Anwendung finden, insbesondere für^uberzeugende Gebläse,
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die z.B. für Senkrechtstartflugzeuge benutzt werden. In allen diesen Fällen ist es nur notwendig, einen Antrieb ingestalt einer einzigen Weile vorzusehen, während die Getriebeanordnung nach der Erfindung die notwendige Leistungsaufteilung vornimmt.
Patentansprüche
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Claims (9)

  1. Patentansprüche :
    jyü mit einer ersten und einer in Strömungsrichtung anschließenden zweiten Rotorstufe, dadurch gekennzei chnet , daß die beiden Stufen durch ein Differentialgetriebe angetrieben . werden, welches ein Sonnenrad (31), mehrere von einem Planetenträger (34) gelagerte Planetenräder (33) und einen Zahnkranz (32) aufweist, wobei die erste Rotorstufe (22) mit dem Sonnenrad verbunden ist, die zweite Rotorstufe (20) antriebsmäßig mit dem Zahnkranz verbunden ist und die Antriebseinrichtung (17) den Pxanetenträger dreht.
  2. 2. Gebläse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzei chnet, daß die erste Rotorstufe von einem Nabenkompressor (22) gebildet wird und die zweite Stufe die Hauptiäuxerstufe (20) bildet und daß die Schaufeln des Nabenkompressors sich nur über den Mittelabschnitt der Hauptrotorstufe erstrecken.
  3. 3. Gebläse nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzei chnet , daß der Nabenkompressor einen äußeren Schaui'elring trägt.
  4. 4. Gebläse nach Anspruch 3»
    dadurch gekennzei chnet , daß der Schaufelring (21) des NaberJcompressors von der Hauptrotorstufe getragen wird und nach vorn vorsteht, um den Nabenkompressor zu umschließen.
  5. 5. Gebläse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb von einer Gasturbine (18) gebildet wird.
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  6. 6. Gebläse nach Anspruch 5,
    dadurch geke-nnzei chnet , daß die Gasturbine (l8) durch die Abgase eines Gasgenerators
    (10) angetrieben wild.
  7. 7. Gebläse nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzei chnet, daß der Gasgenerator ein Gasturbinengasgenerator (10) ist.
  8. 8. Gebläse nach Anspruch 1J,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer (20,22) koaxial vor dem Einlauf des Gasgenerators derart angeordnet sind, daß das Gebläse Luft komprimiert, die Nebenstromlul't und die zum Aufladen dienende Einlaßluft des Gasgenerators bildet.
  9. 9. Gebläse nach den Ansprüchen 7 oder 8,
    dadurch gekennzei chnet, daß der Gasturbinengasgenerator (10) ein Mehrwellen-Gasgenerator
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    Le e rs e
    ite
DE2200497A 1971-01-08 1972-01-05 Zweistufiges Frontgebläse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk Expired DE2200497C3 (de)

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