DE2245478A1

DE2245478A1 - Zweiwellen-zweikreis-strahltriebwerk

Info

Publication number: DE2245478A1
Application number: DE19722245478
Authority: DE
Inventors: Louis Jules Bauger; Jean Georges Bouiller; Armand Jeanbaptist Lacroix
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1971-09-16
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2152466B1; FR2152466A1; GB1353875A

Description

Pafentanv/site Dr. Ing. H. Negondank

Dipl. Ing. H. Hauck - Dipf. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. VV. Wehnert

8 München 2, Mozartstraße 23

Telefon 5380586

Societe Nationale d¹Etude et de
Construction de Moteurs d'Aviation

150, Boulevard Haussmann 14. September 1972

75 Paris, Frankreich Anwaltsakte M-2322

Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerk

Die Erfindung betrifft ein Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerk mit einer Niederdruck-Turbine, die einen Axialverdichter-Läufer und ein diesem vorgeschaltetes, mit geringerer Drehzahl umlaufendes Gebläse antreibt. Sie betrifft insbesondere ein Luftfahrt- ί Strahltriebwerk. '

Bei den herkömmlichen Strahltriebwerken dieser Art wird der Niederdruckverdichter mit der gleichen Drehzahl wie das Gebläse angetrieben. Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Schaufeln des Gebläses aus aerodynamischen oder akustischen Gründen begrenzt ist, besteht der Nachteil dieser klassischen Anordnung darin, daß die Drehzahl des Niederdruckverdichters auf die für das Gebläse zulässige Drehzahl beschränkt ist. Um diese Beschränkung zu umgehen, ist es bekannt, ein Üreiwellen-Strahltriebwerk zu verwenden, bei dem das Gebläse und der Niederdruckverdichter zwei getrennte ! Rotoren bilden, die jeweils von einer eigenen Turbine mit der

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zweckmäßigen Drehzahl angetrieben werden. Die Dreiwellen-Triebwerke haben jedoch verschiedene Nachteile; insbesondere ist ihre Regelung sehr kompliziert. Es ist ferner bekannt, das Gebläse über ein Untersetzungsgetriebe anzutreiben, das zwischen dem Niederdruckverdichter und dem Gebläse angeordnet ist, wobei der Niederdruckverdichter von einer Turbine angetrieben wird*

Aufgabe der Erfindung ist es, eine andere Lösung für die Anordnung eines Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerks anzugeben» bei dem das Gebläse mit einer geringeren Drehzahl als der Verdichterläufer umläuft.

Dies wird bei einem Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerk der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das i Gebläse unmittelbar mit der Turbine gekuppelt ist und das Gebläse! den Verdichterläufer über ein Obersetzungsgetriebe antreibt.

Diese Anordnung erscheint zunächst paradox, zum einen, weil hierbei die Bewegung der Turbine zunächst nach vorne bis zum Gebläse , und dann wieder zurück zum Verdichterläufer übertragen werden muß, und zum anderen, weil die Antriebsleistung der Turbine bei geringer Drehzahl erzeugt und übertragen wird,d.h. mit einem großen ; Drehmoment, was eine Gewichtsvergrößerung mit sich bringt. Dennoch ist diese Anordnung vorteilhaft bei einem Strahltriebwerk

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j mit einem großen Bypass-Verhältnis, bei dem/die Leistung des Niederdruckverdichters nur einen Bruchteil der Leistung des Gebläses

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ausmacht, denn die oben erwähntet¹» Nachteile werden mehr als ausgeglichen durch die Verbesserung des Gewichts, des Platzbedarfs j und des Wirkungsgrades des Getriebes (das nur einen Bruchteil

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derjenigen Leistung zu übertragen hat, die von dem Untersetzungsgetriebe der herkömmlichen Anordnungen übertragen werden muß).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umgibt der Verdichterläufer das Übersetzungsgetriebe, und er wird an einem Ende von einem Rad getragen, das mittels eines Lagers auf der Welle des Gebläses frei drehbar gelagert ist und das Abtriebszahnrad des Untersetzungsgetriebes trägt.Das mit der Gebläsewelle fest verbundene
Antriebszahnrad des Übersetzungsgetriebes ist zwischen.diesem Lager und dem vorderen Lager der Gebläsewelle angeordnet, wobei das

Lager von einem Gehäuse getragen wird, das seinerseits im Stator ; des TriebwerJcs mittels eines gegenüber dem Rad angeordneten Bau- i

teils abgestützt ist.

Aufgrund dieser Kombination von Bauteilen kann sich die Welle des Gebläses durch den Verdichterläufer und das Obersetzungsgetriebe
erstrecken, ohne daß das Vorhandensein desselben zu einer Verlängerung der Gebläsewelle zwingt. Außerdem können das vordere Lager:

ι der Gebläsewelle, das Lager des Verdichterläufers und das An- ' tfiebszahnrad des Übersetzungsgetriebes auf einer sehr geringen
Länge der Getrietewelle angeordnet werden, was die Beanspruchung
der Gebläsewelle herabsetzt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Rad vor dem
Verdichterläufer angeordnet, derart, daß der Statorteil (beispielisweise ein Gehäuse), an dem die Zahnräder des Übersetzungsgetriebes abgestützt sind, von dem dahinter angeordneten Gehäuse des
Verdichters getragen wird, d.h. in dem stärksten Abschnitt dieses Gehäuses. Außerdem kann der Verdichter ganz in der Nähe ._

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- 4 -des Gebläses angeordnet werden.

Anhand der einzigen Figur wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur ist ein Axialschnitt durch die eine Hälfte des vorderen Teils eines erfindungsgemäßen Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerks.

In der Figur zu sehen sind das Gebläse 1, der Niederdruckverdichter 2, der Hochdruckverdichter 3 und der ringförmige Mantelstromkanal 4 des Strahltriebwerks. Die vom Gebläse 1 geförderte Luft verzweigt sich in bekannter Weise in zwei koaxiale Ströme, von denen der eine anschließend durch die Verdichter 2, 3 weiter verdichtet wird und der andere in den MantelStromkanal 4 strömt. Zu den nicht dargestellten Teilen des Strahltriebwerks gehören eine Brennkammer, die die von dem Hochdruckverdichter 3 geförderte Luft aufnimmt und in der der Brennstoff zur Erzeugung der heißen Gase eingespritzt wird, eine Hochdruckturbine, die die heißen Gase empfängt und die eine mit dem Läufer 3a des Hochdruckverdichters verbundene Welle 5 (Achse XX') antreibt, eine Niederdruckturbine, die die aus der Hochdruckturbine austretenden Gase empfängt und leine zur Welle 5 koaxiale Welle 6 antreibt, die ihrerseits das 'Gebläse 1 und den Rotor 2a des Niederdruckverdichters 2 antreibt, sowie eine Düse, die die aus der Niederdruckturbine austretenden Gase empfängt, um einen Treibstrahl zu erzeugen. Der vom Gebläse 1 in den Mantelstromkanal 4 geförderte Sekundärluftstrom trägt zur Vortriebserzeugung bei, indem er beispielsweise in die Düse im den Heißgasstrahl herum eingeführt wird. Das Bypass-Verhältnis ist groß, d.h., der Durchsatz des Mantelstroms ist groß

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bezüglich des den Verdichtern 2, 3 zugeführten HauptStroms. Um eine Vorstellung von den Größenverhältnissen zu geben: Die vom Niederdruckverdichter 2 aufgenommene Leistung ist beispielsweise in der Größenordnung 1/3 der vom Gebläse 1 aufgenommenen Leistung,

Erfindungsgemäß ist das Rad des Gebläses 1 unmittelbar (beim darjgestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Nutenverbindung 7) mit der Welle 6 verbunden, die von der nicht dargestellten Niederdruckturbine angetrieben wird, während die Welle 6 den Rotor 2a des Niederdruckverdichters über ein Übersetzungsgetriebe 8 antreibt.

Das Übersetzungsgetriebe 8 ist in einem ringförmigen Gehäuse 9 anjgeordnet, das von dem Verdichterläufer 2a umgeben ist. Der Veridichterlaufer 2a wird freitragend von einem Rad 10 getragen, das seinerseits mittels eines Lagers 11 auf der Welle 6 frei drehbar gelagert ist. Das Übersetzungsgetriebe 8 weist mehrere Hilfswel-

Ilen 12 auf, beispielsweise acht Hilfswellen, die gleichmäßig um die Achse XX¹ verteilt und jeweils mittels zweier Wälzlager 12a, !12b im Gehäuse 9 gelagert sind. Das Gehäuse 9 ist mittels Schrauben 9a am inneren Gehäuse 13 des Niederdruckverdichters 2 befestigt. Auf jeder der Hilfswellen 12 sind zwei" Zahnräder 14,15 aufgekeilt, die mit dem an der Welle 6 befestigten Antriebszahnrad 16 bzw. dem am Rad 10 des Verdichterläufers 2a befestigten :Abtriebszahnrads 17 in Eingriff stehen. Die Betriebsweise eines !solchen Übersetzungsgetriebes ist an sich bekannt: Das Antriebszahnrad 16 hat einen größeren Durchmesser und eine größere Anzahl von Zähnen als das Abtriebszahnrad 17, so daß das Abtriebszahn-

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rad 17 über ein Zahnradpaar 14, 15 mit einer größeren Drehzahl als die Welle 6 angetrieben wird.

Die Welle 6 ist hinten mittels eines im Bereich der Niederdruckturbine angeordneten Lagers (nicht gezeigt) und vovne mittels eines Lagers 18 gelagert, das seinerseits vom Gehäuse 9 des Obersetzungsgetriebes getragen wird. Hierdurch kann dieses Lager ganz in der Nähe des Lagers 11 des Gehäuses 2a und ganz in der Nähe des AntriebsZahnrades 16 des Obersetzungsgetriebes angeordnet werden. Das Rad 10, das den Verdichterläufer 2a trägt, ist vor dem Gehäuse 9 angeordnet, d.h. zwischen dem Gehäuse und dem Rad des Gebläses 1, so daß die gegenüberliegende Seite des Gehäuses 9, d.h. seine Rückseite, am Gehäuse 13 des Verdichters befestigt werden kann.

Wie in der Zeichnung dargestellt, hat das Gehäuse 9 einen rechtwinkligen Querschnitt in Form eines nach innen offenen U. Es weist

einen vorderen ringförmigen Gehäuseteil 9b und eine hintere Stirn-

wand 9c auf, die an ihrem äußeren Umfang mit Flanschen versehen I sind. Die Flansche sind gemeinsam mittels Schrauben 9a an einem i

inneren ringförmigen Vorsprung 13a des Gehäuses 13 befestigt. Der ; !Gehäuseteil 9b besitzt eine zylindrische Außenwand, die vom Rotor 2a umgeben ist, und eine vordere Stirnwand, die die Wälzlager 12a trägt und von einem zylindrischen Innenrand 9d begrenzt ist. Der Innenrand 9d ist mittels einer Labyrinthdichtung 19 gegen einen parallelen Rand 10a des Rades 10 abgedichtet. Die hintere Stirnwand 9c trägt die Wälzlager 12b, und ihr Innenrand ist mit dem Außenring des Lagers 18 verschraubt. Die Abdichtung der Rückseite des Gehäuses 9 wird durch eine Labyrinthdichtung 20 erzielt,

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die von einem ringförmigen Vorsprung 9e der hinteren Stirnwand 9c igetragen wird.

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Das Abtriebszahnrad 17 des Obersetzungsgetriebes wird von einem !Verzahnungsabschnitt einer zylindrischen Hülse 17a gebildet, die mit dem Rad 10 innerhalb des Randes 10a ebenso wie der Außenring 11a des Lagers 11 verschraubt ist. Das Rad 10 wird innen, jenseits des Innenrings 11a, von einem zweiten Rand 10b begrenzt, der mit einer an der Welle 6 vorgesehenen Labyrinthdichtung 21 zusammenwirkt.

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Claims

Patentansprüche

Zweiwellen-Zweikreis-Strahltriebwerk mit einer Niederdruckturbine, die einen Axialverdichter-Läufer und ein diesem vorgeschaltetes, mit geringerer Drehzahl umlaufendes Gebläse an- _:

treibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (1) unmittelbar

(Welle 6) mit der Turbine gekuppelt ist und das Gebläse (1) den j Verdichterläufer (2a) über ein Obersetzungsgetriebe (8) antreibt.

.Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Verdichterläufer (2a) freitragend von einem Rad (10) getra- i gen wird, das mittels eines Lagers auf der Welle (6) des Gebläses (1) frei drehbar gelagert ist, daß ein Statorteil (9) von dem Verdichterläufer (2a) umgeben ist und an einem gegenüber dem Rad angeordneten Bauteil (23) abgestützt ist, daß das Lager (18) der Gebläsewelle (6) von dem Statorteil (9) getragen wird, und daß das Übersetzungsgetriebe (8) ebenfalls vom Verdichter- !

läufer (2a) umgeben ist sowie ein an der Gebläsewelle (6) be- ^: festigtes, zwischen den Lagern angeordnetes Antriebszahnrad (16) und ein an dem Rad (10) befestigtes Abtriebszahnrad (17) aufweist,

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wobei im Statorteil (9) ein Satz Zahnräder (12,14,15) gelagert ist.

3. Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (10) an dem an das Gebläse angrenzenden Ende des Verdichterläufers (2a) angeordnet ist.

4. Strahltriebwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (9) ein ringförmiges Gehäuse mit rechtwinkligem Querschnitt in Form eines nach innen offenen U bildet, dessen Stirnwand (9c) gegenüber dem das Lager (18) der Gebläsewelle tragenden Rades (10) angeordnet ist.

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