DE2632155A1

DE2632155A1 - Geblaese-gasturbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE2632155A1
Application number: DE19762632155
Authority: DE
Inventors: Rowan Herbert Colley
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-07-19
Filing date: 1976-07-16
Publication date: 1977-01-20
Also published as: FR2319019B1; US4055042A; DE2632155C3; FR2319019A1; JPS5236211A; DE2632155B2; JPS574824B2; GB1497477A

Description

Pate.-ita nwälte D ί p I. -1 ng. C U Γ t W a 11 a C h Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr. Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 -Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: l6. Juli 197Ö

Unser Zeichen: I5 575 «.

Rolls-Royce (1971) Limited, London (England) SWlY 4JR Norfolk House, St. James's Square

Gebläse-Gasturbinenstrahltriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere um ein Gasturbinentriebwerk mit Gebläse.

Derartige Gasturbinentriebwerke weisen im allgemeinen ein ¹¹ Kern"-Triebwerk auf, welches von einer Gasturbine gebildet wird, die hauptsächlich als Gaserzeuger dient und es ist ein Gebläse oder ein Kompressor mit niedrigem Druckverhältnis vorgesehen, die durch eine Gebläseturbine angetrieben werden, deren Strömungsmittel vom Kerntriebwerk geliefert wirdo Das Gebläse komprimiert Luft, von der ein Teil dem Einlaß des Kerntriebwerks zugeführt wird und ein Teil im Nebenschluß am Kern vorbeiströmt, und über eine Schubdüse austritt und einen Schub erzeugt,,

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Gebläse mit einer "Stummel-Rotorstufe zu versehen, d.h. mit einer Rotorstufe deren Schaufeln sich nicht soweit in Radialrichtung erstrecken, wie dies andere Rotorstufen des Gebläses tun. Eine solche Stufe kann stromab der Hauptrotorstufe gelagert sein, so daß eine gesonderte Vorkompression der Luft erforderlich ist, die dem Einlaß des Kerntriebwerks zugeführt wird, das

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normalerweise den inneren Abschnitt des Gebläseringkanals bildet. Aus verschiedenen Gründen ist es zweckmäßig, daß der Kompressor des Kerntriebwerks nicht so ausgelegt ist, daß er den Gesamtausgang der Stummelstufe aufnimmt, aber daß er einen sich ändernden Anteil erhalten kann. Infolgedessen wird der Stummelstufenausgang in zwei Ströme unterteilt, von denen der eine das Kerntriebwerk speist, und der andere am Kerntriebwerk vorbeistreicht, um sich mit dem Hauptgebläsestrom wieder zu vereinigen.

Eine solche Konstruktion führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Anpassung der Drallströmung im Hauptgebläseluftstrom und dem Stummelstufenluftstrom, der sich mit dem Hauptgebläsestrom vereinigt und es ergeben sich außerdem Schwierigkeiten, eine an den Kerntriebwerkskompressor angepaßte Drallströmung zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion zu schaffen, bei der die verschiedenen Parameter in zweckmäßigerweise eingestellt werden können.

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinentriebwerk mit Kerntriebwerk und Gebläse, wobei das Gebläse wenigstens eine Hauptrotorstufe und eine Stummelrotorstufe stromab der Hauptstufe aufweist, und die Schaufeln der Stummelrotorstufe eine geringere radiale Erstreckung haben als die Schaufeln der Hauptstufe, und dazu dienen Luft zu komprimieren, von der ein Teil in den Einlaß des Kerntriebwerks einströmt und ein Teil sich mit der Hauptgebläseluftströmung wieder vereinigt. Bei einem solchen Triebwerk wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß innere und äußere Stummelstufenauslaßleitschaufeln vorgesehen sind, die unterschiedliche Ablenkung der durch die RotorStummelstufe komprimierten Luft bewirken, die in das Kerntriebwerk bzw, die Hauptgebläseströmung eintritt.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt das Gebläse eine Gebläseverkleidung, die die Begrenzung des Gebläsestroms bildet und es ist eine erste Teilvorrielitung vorgesehen, die die Begrenzungen der durch die Stummelstufe strömenden Luft definiert« In diesem Falle ist es zweckmäßig* wenn die äußeren Leitschaufeln der Rotorstu!»elstuf e die erste Teilvorrichtung und die zweite Teilvorrlelitung verbinden, die vom Gehäuse des Kerntriebwerkeinlasses gebildet wird.

Es kann sieh als notwendig erweisen, zusätzliche Träger flär die Aufteilvorriehtung vorzusehen und diese können in zweckmäßige? Weise Äuslaßleitschaufeln für die HauptgebläsestroMimg aufweisen, die die Teilerverkleidung und die Gebläseverkleidung verbinden»

Nachstehend werden Äusführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Frontgebläsetriebwerks;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das Gebläse des Triebwerks nach Figur Ij

Fig. 3 eine der Figur 2 entsprechende Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform.

Das Triebwerk nach Figur 1 weist ein Gebläse 10 und ein-Kerntriebwerk 11 auf. Das Kerntriebwerk besitzt ein Gehäuse 12, dessen vorderes Ende einen Lufteinlaß 15 bildet, und indem ±n Strömungsriehfeung hintereinander ein Kompressor 14, eine Brennkammer 15* eine Kerntriebwerksturbine 16 und eine SeMäseturbine If untergebracht sind. Das stromabwärtige Ende^Jdes

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Gehäuses 12 bildet eine Schubdüse 18. Der Kompressor 14 und die Turbine 16 sind antriebsmäßig über eine Welle 19 verbunden.

Die Gebläseturbine 17 treibt eine Welle 20, die koaxial zur Welle 19 verläuft, um die Rotorscheibe 21 des Gebläses anzutreiben. Die Konstruktion des Gebläses im einzelnen kann aus Figur 2 entnommen werden, und es ist ersichtlich, daß die Gebläserotorscheibe 21 an ihrem Umfang eine Stufe von Rotorschaufeln 22 trägt, die sich von der Scheibe bis zu einer Stelle dicht benachbart zur Gebläseverkleidung 23 erstrecken. Diese Schaufeln bilden die Hauptgebläserotorstufe. Ein Portsatz 24 der Scheibe 21, der in Strömungsrichtung nach hinten weist, trägt die Rotorstummelstufe 25. Die Schaufeln dieser Stufe erstrecken sich nicht vollständig über den durch die Gebläseverkleidung gebildeten Querschnitt, sondern sie erstrecken sich etwa über ein Drittel des Weges über diesen Kanal, und die Schaufelspitzen laufen dicht benachbart zu einer Teilerverkleidung 26. Diese Teilerverkleidung wird von der Gebläseverkleidung 23 durch Hauptgebläseauslaßleitschaufein 27 getragen, und ist mit einer zusätzlichen Abstützung in Gestalt von äußeren Gebläsestummelauslaßleitschaufeln 28 versehen, die vom Einlaß 13 des Kerntriebwerks getragen werden. Das Teilergehäuse wird außerdem benutzt, um Gebläsestummeleinlaßleitschaufein 29 zu tragen, die sich über den gesamten Strömungskanal· des Stummelgebläses erstrecken. Das Stummelgebläse ist außerdem mit inneren Auslaßleitschaufeln 30 versehen,,die über,den Einlaßkanal des Kerntriebwerks verlaufen. ■---■..-. j-· - %, ------

Der Trägeraufbau des Gebläserotors weist Streben yi auf, die von der GebläseVerkleidung nach einem ringförmigen Trägeraufbau 32 innerhalb, des Gehäuses 12 des Kerntriebwerks vorstehen. Vbn dem Ring 32 stehen weitere Streben 33 vor, die

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dazu dienen, zwei Lager 3^ und 35 abzustützen, die die Gebläsewelle 20 tragen.

Dieses Triebwerk arbeitet wie folgt:

Die Hauptgebläserotorstufe 22 dreht sich und komprimiert die Luftströmung zwischen der Gebläsenabe und der Verkleidung 23* und an der Teilerverkleidung 26 wird diese Luftströmung in eine äußere und eine innere Strömung aufgeteilt. Die äußere Strömung tritt durch die Auslaßleitschaufeln 27 hindurch, w© der größte Teil des Dralls entfernt wird, und sie wird dann über Streben 31 geleitet, die keine Auslenkung der Luftströmung durchzuführen brauchen und deshalb ein gerades Stromlinienprofil besitzen können, da sie nur als Trägeraufbau dienen.

Die innere Strömung fließt durch die Schaufeln 29 ab, wo wiederum der Hauptanteil der Wirbelströmung begradigt wird, und dann fließt die Strömung über die Stummelrotorstufe 25, wo die Luft einer zusätzlichen Kompression unterworfen wird. Diese Stummelrotorstufe ergibt einen doppelten Vorteil insofern, als der relativ schlechte Wirkungsgrad des Hauptgebläses 22 im Bereich niedriger Lineargeschwindigkeit in der Nähe der Nabe verbessert wird, und außerdem wird eine gewisse zusätzliche Vorkompression der Luft bewirkt, die dem Kerntriebwerk zugeführt wird. Die auf dieseWeise weiter komprimierte Luft wird durch den Einlaß 13 wiederum aufgeteilt, und zwar in eine äußere Strömung, die über die Schaufeln 28 abf/ließt und sich mit dem HauOtgebläsestrom wieder vereinigt und in eine innere Strömung, die über die Schaufeln 30 in das Kerntriebwerk strömt. Diese Aufspaltung der Auslaßluft der Stummelstufe ergibt den Vorteil, daß das Kerntriebwerk nicht die gesamte Strömung der Stummelstufe ständig verarbeiten muß, sondern die Möglichkeit besteht, bis zu einem gewissen Grad

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eine Anpassung an den Bedarf vorzunehmen, indem ein geeigneter Anteil dieser Luft in das Kerntriebwerk einströmt und der Rest durch die Schaufeln 28 abfließt. Es handelt sich hier praktisch um ein automatisches Abzapfventil. Außerdem besteht eine gewisse Tendenz, daß Fremdkörper die in das Triebwerk eindringen, vom Kerntriebwerkeinlaß abgelenkt und zwischen die Schaufeln 28 geleitet werden, so daß die Gefahr einer Beschädigung des Kerntriebwerks verringert wird.

Bei früheren Vorschlägen hat sich jedoch ein Problem bei der Anpassung der Wirbel der drei Luftströme ergeben. Gemäß der

dxe Drallströmung
Erfindung kann der dem Gebläsestummelstrom durch

die Schaufeln 25 aufgeprägt wird, differentiell durch die Schaufeln 28 und 30 abgelenkt werden. In diesem Falle sind die Schaufeln 28 so angeordnet, daß die Luft genügend abgelenkt wird, um den Restdrall aus dem äußeren Strom zu entfernen, so daß der vollständige Hauptgebläsestrom, der die Streben 31 durchläuft, mit einem Drall von Null, d.h. mit keiner Schraubenströmung behaftet ist. Die Schaufeln JO sind so angeordnet, daß die Luft genügend abgelenkt wird, um ein geeignetes Ausmaß des Dralls zu erlangen, der beispielsweise einen Winkel von 30° aufweisen kann, und dann für den Kompressor 14 des Kerntriebwerks annehmbar ist. Es ist außerdem ersichtlich, daß die Teilerverkleidung 26 sehr gut direkt von der Gebläseverkleidung durch Leitschaufeln 27 und vom Ring 32 über den Einlaß 13 und Schaufeln 28 getragen werden kann.

Die Ausführungsform gemäß Figur 3 ist grundsätzlich der Ausführungsform nach Figur 2 gleich. Das Gebläse weist wiederum eine Welle 20, eine Scheibe 21, Hauptrotoren 22, ein Gehäuse 23, einen Fortsatz 2h und Rotor stummelschaufeln 25 auf. Wiederum ist eine Teilerverkleidung 26 vorgesehen, die Leitschaufeln 28, 29 und 30 trägt, aber in diesem Fall sind die Haupt-

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gebläseauslaßleitschaufein 27 des oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiels weggelassen. Der Trägeraufbau weist wiederum den Ring 32 sowie Streben 33 und Lager 34 und 35 auf, aber in diesem Fall ist es notwendig, den Ring 32 vom Gehäuse 23 über Schaufeln 40 abzustützen, die nicht einfach stromlinienförmig gestaltet sind, sondern benutzt werden, eine gewisse aerodynamische Wirkung zu erzeugen, die bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durch die Schaufeln 27 erzielt wurde.

Es ist ersichtlich, daß die Arbeitsweise bei diesem Ausführungsbeispiel insofern unterschiedlich ist, als die Hauptgebläsedrallströmung noch kurz oberhalb der'Schaufeln 40 vorhanden ist und deshalb die Schaufeln 28 benützt werden, die Drallströmung der Rotorstummelstufe auf diesen Wert anzupassen. Die Arbeitsweise der inneren Stummelrotörstufe entspricht genau jener nach Figur 2.

Es ist außerdem ersichtlich, daß das Tellergehäuse 26 in diesem Falle nicht den Doppelträger in Gestalt von Schaufeln

27 und Schaufeln 28 aufweist, und es kann daher notwendig sein, eine Verlängerung des Einlasses 13 und der Schaufeln

28 vorzusehen.

Es können eine Zahl von Abwandlungen bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel getroffen werden. Normalerweise werden mit Verkleidungen versehene Gebläse und Stummelgebläse benutzt. Es ist jedoch auch möglich, Gebläse ohne Verkleidungen zu benutzen, mit der Folge daß eine gewisse Vermischung der verschiedenen Ströme erfolgt. Der einstufige Aufbau der Schaufeln 28 und 30 kann durch einen doppelstufigen Aufbau oder andere Äquivalente ersetzt werden, und natürlich können Einzelheiten des beschriebenen Kerntriebwerks in unterschiedlicher Weise abgewandelt werden, beispielsweise durch Benutzung einer Anordnung mit mehreren Wellen und/oder Verstellschaufeln.

0 9883/0440 Patentansprüche :

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Kerntriebwerk ^-^ und einem vom Kerntriebwerk angetriebenen Gebläse, welches wenigstens eine Hauptrotorstufe und eine Rotorstummelstufe stromab der Hauptrotorstufe aufweist, wobei die Schaufeln der Rotorstummelstufe eine geringere radiale Erstreckung besitzen als die Schaufeln der Hauptrotorstufe und die Rotorstummelstufe Luft komprimiert, von der ein Teil nach dem Einlaß des Kerntriebwerke strömt und ein Teil sich wiederum mit der Gebläseluftströmung vereinigt,

dadurch gekennzeichnet, daß innere und äußere Rotorstummelstufenauslaßleitschaufeln (28, 30) vorgesehen sind, um der durch die Rotorstummelstufe (25) verdichteten Luft eine unterschiedliche Ablenkung zu verleihen, die dann dem Kerntriebwerkseinlaß (IJ) bzw. der Hauptgebläseströmung zugeleitet wird.

2. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Strömungsteilerring (26) vorgesehen ist, der sich um die Rotorstummelstufe (25) in unmittelbarer Nähe der Schaufelspitzen derselben erstreckt und die äußere Begrenzung des Stummelstuf enluftstro'ms darstellt.

3. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Rotorstummeleinlaßleitschaufeln (29) vorgesehen ist, die sich von dem ersten Teilerring (26) über die Strömung der Rotorstummelstufen erstrecken.

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4. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rotorstummelauslaßleitschaufeln (28) von dem ersten Teilerring (26) nach innen verlaufen.

5. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Teilerring (13) vorgesehen ist, der die äußere Begrenzung des Lufteinlasses für das Kerntriebwerk (11) bildet, daß der zweite Teilerring (13) koaxial zu dem ersten Teilerring (26) und der Rotorstummelstufe (25) liegt, daß die inneren Stummelrotorstufenauslaßleitschaufeln (30) von dem zweiten Teilerring (13) nach innen über den Lufteinlaß des Kerntriebwerks (11) vorstehen und die äußeren Rotorstummelauslaßleitschaufeln (28) von dem zweiten Teilerring (13) nach dem ersten Teilerring (26) verlaufen.

6. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Gebläseauslaßleitschaufeln (27) vorgesehen ist, die sich von dem ersten Teilerring (26) über die Hauptgebläseströmung nach außen erstrecken.

7. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Gebläseverkleidung (23) das Hauptgebläse (22) umgibt und die äußere Begrenzung der Hauptgebläseluftströmung bildet, und daß die Gebläseauslaßleitschaufeln (27) mit ihren äußeren Enden an der Gebläseverkleidung (23) befestigt sind.

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8. Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Streben (31) von der Verkleidung (23) nach dem zweiten Teilerring (13) verläuft, und daß die Streben (31) einen Teil des Trägeraufbaus des Kerntriebwerks bilden.

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