DE3507035A1 - GAS TURBINE ENGINE - Google Patents
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Description
GasturbinentriebwerkGas turbine engine
Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenmotoren bzw. -triebwerke und insbesondere auf ein Turbogebläsetriebwerk mit einem gegendrehenden Niederdrucksystem.The invention relates to gas turbine engines and in particular to a turbo blower engine with a counter rotating low pressure system.
Die Deutsche Patentanmeldung P 33 38 456.8 beschreibt ein gegendrehendes Turbogebläse, das durch eine gegendrehende Leistungsturbine angetrieben wird. Dort wird insbesondere auf den Aufbau der Leistungsturbine und das Verhältnis des mittleren Strömungsbahnradius1 dieser Turbine zum mittleren Strömungsbahnradius des Gasgenerators eingegangen. Dadurch sollen eine kleinere Gebläsespitzendrehzahl und/oder eine höhere Turbinenschaufeldrehzahl sichergestellt werden.The German patent application P 33 38 456.8 describes a counter-rotating turbo blower that is driven by a counter-rotating power turbine. There, in particular, the structure of the power turbine and the ratio of the mean flow path radius 1 of this turbine to the mean flow path radius of the gas generator are discussed. This is intended to ensure a lower fan peak speed and / or a higher turbine blade speed.
Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, den mittleren Strömungsbahnradius der Leistungsturbine zu verkleinern. Gemäß einem in der Deutschen Patentanmeldung P 33 38 456.8 gezeigten Ausführungsbeispiel würde eine derartige Verkleinerung des mittleren Strömungsbahnradius der Leistungsturbine die Gebläsespitzendrehzahl vergrößern, wodurch der Wirkungsgrad des Triebwerks bzw. des Motors verkleinert werden würde.Under certain conditions it may be desirable to reduce the mean flow path radius of the power turbine. According to an embodiment shown in German patent application P 33 38 456.8, such Reducing the mean flow path radius of the power turbine increases the fan peak speed, whereby the efficiency of the engine or the engine would be reduced.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes gegendrehendes Turbogebläsetriebwerk mit hohem Bypass-Verhältnis zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to provide a new and improved counter rotating turbo fan engine with high bypass ratio.
Erfindungsgemäß wird ein Gasturbinenmotor bzw. -triebwerk vorgeschlagen, das einen Gasgenerator zum Erzeugen von Verbrennungsgasen, eine Leistungsturbine, einen Antriebsabschnitt und einen Booster- oder Zusatzverdichter aufweist. Die Lei-According to the invention, a gas turbine engine or engine is proposed which has a gas generator for generating combustion gases, comprises a power turbine, a drive section and a booster or auxiliary compressor. The line
stungsturbine enthält erste und zweite gegendrehende Turbinenschaufelreihen zum Drehen von ersten bzw. zweiten Antriebswellen. Der Antriebsabschnitt enthält eine erste Antriebsschaufelreihe, die mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, und eine zweite Antriebsschaufelreihe, die mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist. Der Booster- bzw. Zusatzverdichter enthält eine erste Verdichterschaufelreihe, die mit der ersten Antriebswelle verbunden ist, und eine zweite Verdichterschaufelreihe, die mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist.power turbine includes first and second rows of counter-rotating turbine blades for turning first or second drive shafts. The drive section includes a first drive blade row, connected to the first drive shaft and a second row of drive blades connected to the second Drive shaft is connected. The booster or additional compressor contains a first row of compressor blades, which with the first drive shaft is connected, and a second row of compressor blades connected to the second drive shaft is.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Gasturbinentriebwerk ferner Schaufelsteigungs-Betätigungsmittel auf zum Verändern der Steigung bzw. des Anstellwinkels der zweiten Antriebsschaufelreihe. Die Betätigungsmittel haben die Funktion, die Antriebsströmung zu reversieren bzw. umzukehren .In another embodiment of the invention, the gas turbine engine further includes vane pitch actuators to change the slope or the angle of attack of the second drive blade row. Have the actuation means the function of reversing or reversing the drive flow.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be described with further features and advantages on the basis of the description and drawings of exemplary embodiments explained in more detail.
Figur 1 ist eine Ansicht von einem gegendrehenden Turbogebläsetriebwerk mit hohem Bypass-Verhältnis gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 1 is a view of a counter rotating turbo fan engine with a high bypass ratio according to an embodiment of the invention.
Figur 2 ist eine Ansicht von einem Booster-Verdichter für ein Turbogebläsetriebwerk mit hohem Bypass-Verhältnis gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 2 is a view of a booster compressor for a high bypass ratio turbo fan engine according to another embodiment of the invention.
Figur 3 ist eine Schnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 1.FIG. 3 is a sectional view after a section taken along line 3-3 in FIG.
Figur 4 ist eine Ansicht der in Figur 3 gezeigten Gebläse-Schaufeln, die betätigt sind, um die Gebläseströmung umzukehren.Figure 4 is a view of the fan blades shown in Figure 3; which are operated to reverse the fan flow.
Figur 5 ist eine Ansicht einer zweiten Gebläseschaufelreihe und einer Betätigungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.Figure 5 is a view of a second row of fan blades and an actuator according to an embodiment the invention.
Figur 6 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 6 in FigurFIG. 6 is a view in the direction of arrow 6 in FIG
Figur 1 zeigt einen Gasturbinenmotor bzw. ein -triebwerk 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Triebwerk 10 enthält eine mittlere Längsachse 12 und ein ringsförmiges Gehäuse 14, das koaxial um die Achse 12 angeordnet ist. Das Triebwerk 10 enthält ferner einen Kerngasgenerator 16, der einen Verdichter 18, einen Brenner 20 und eine Hochdruckturbine 22 mit einer oder mehreren Stufen aufweist, wobei diese Vorrichtungen koaxial um die Längsachse 12 des Triebwerks 10 strömungsmäßig in Reihe und axial zueinander angeordnet sind. Eine ringförmige Antriebswelle 24 verbindet den Verdichter 18 und die Hochdruckturbine 22 fest miteinander.Figure 1 shows a gas turbine engine or a gas engine 10 according to an embodiment of the invention. The engine 10 includes a central longitudinal axis 12 and an annular housing 14 which is arranged coaxially about axis 12. That Engine 10 also includes a core inflator 16, which includes a compressor 18, a burner 20 and a high pressure turbine 22 with one or more stages, these devices being coaxial about the longitudinal axis 12 of the engine 10 are arranged in series and axially with respect to one another in terms of flow. An annular drive shaft 24 connects the compressor 18 and the high pressure turbine 22 fixed to each other.
Der Gasgenerator 16 hat die Funktion, Verbrennungsgase zu erzeugen. Verdichtete Luft aus dem Verdichter 18 wird im Brenner 20 mit Brennstoff gemischt und gezündet, wodurch die Verbrennungsgase erzeugt werden. Eine gewisse Arbeit wird den Gasen durch die Hochdruckturbine 22 entnommen, die den Verdichter antreibt. Der Rest der Verbrennungsgase wird aus dem Gasgenerator 16 durch eine Strebe 26 des Halterungsteils 28 in die Leistungsturbine 30 ausgestoßen. Die Strebe 26 kann Turbineneinlaßführungsschaufeln aufweisen.The gas generator 16 has a function of generating combustion gases. Compressed air from compressor 18 is mixed with fuel in burner 20 and ignited, creating the combustion gases be generated. Some work is taken from the gases by the high pressure turbine 22 which is the compressor drives. The remainder of the combustion gases is from the gas generator 16 through a strut 26 of the mounting part 28 in the Power turbine 30 ejected. The strut 26 may be turbine inlet guide vanes exhibit.
Eine Leistungsturbine 30 enthält einen ersten ringförmigen Trommelrotor 32, der durch geeignete Lager 34 an dem Rahmennabenteil 36 drehbar angeordnet ist. Der erste Rotor 32 weist mehrere erste Turbinenschaufelreihen 38 auf, die von dem Rotor radial nach innen ragen und axial beabstandet sind.A power turbine 30 includes a first annular drum rotor 32 supported by suitable bearings 34 on the frame hub portion 36 is rotatably arranged. The first rotor 32 has a plurality of first rows of turbine blades 38 extending from the rotor protrude radially inward and are axially spaced.
Die Leistungsturbine 30 enthält ferner einen zweiten ringförmigen Trommelrotor 40, der radial innen von dem ersten Rotor 30 und den ersten Schaufelreihen 38 angeordnet ist. Der zweite Rotor 40 weist mehrere zweite Turbinenschaufelreihen 42 auf, \ The power turbine 30 further includes a second annular drum rotor 40 disposed radially inward of the first rotor 30 and the first rows of blades 38. The second rotor 40 has a plurality of second rows of turbine blades 42, \
die von diesem radial nach außen ragen und axial beabstandet sind. Der zweite Rotor 40 ist durch veränderliche Lager 46 an der ersten Welle 44 drehbar befestigt.which protrude radially outward from this and are axially spaced. The second rotor 40 is on by variable bearings 46 the first shaft 44 rotatably mounted.
Jede der ersten und zweiten Turbinenschaufelreihen 38 und 42 weist mehrere in ümfangsrichtung beabstandete Turbinenschaufeln auf, wobei die ersten Schaufelreihen 38 abwechselnd mit entsprechenden der zweiten Schaufelreihen 42 beabstandet sind. Durch die Schaufelreihen 38 und 42 strömende Verbrennungsgase treiben die ersten und zweiten Rotoren 32 und 40 in entgegengesetzten Drehrichtungen an.Each of the first and second rows of turbine blades 38 and 42 has a plurality of circumferentially spaced turbine blades wherein the first rows of blades 38 are alternately spaced from corresponding ones of the second rows of blades 42. Combustion gases flowing through the rows of blades 38 and 42 drive the first and second rotors 32 and 40 in opposite directions Directions of rotation.
An den ersten und zweiten Rotoren 32 und 40 sind erste und zweite Antriebswellen 44 bzw. 48 fest angebracht. Somit haben die ersten und zweiten Rotoren 32 und 40 die Funktion, die ersten und zweiten Antriebswellen 44 bzw. 48 anzutreiben. Die Antriebswellen 44 und 48 sind relativ zur Mittellinie 50 des Triebwerkes 10 koaxial angeordnet und führen durch den Gasgenerator 16 nach vorne.First and second drive shafts 44 and 48 are fixedly attached to the first and second rotors 32 and 40, respectively. So have the first and second rotors 32 and 40 function to drive the first and second drive shafts 44 and 48, respectively. the Drive shafts 44 and 48 are arranged coaxially relative to the center line 50 of the engine 10 and run through the gas generator 16 forward.
Das Triebwerk 10 weist ferner einen vorderen Gebläseabschnitt 52 auf. Der Gebläseabschnitt 52 ist radial innen von einem ringförmigen Gebläsekanal 54 angeordnet, der durch Streben 56 an dem Gehäuse 14 befestigt ist. Der Gebläseabschnitt 52 enthält eine erste Gebläseschaufelreihe 58, die mit dem Vorderende 60 der ersten Antriebwelle 44 verbunden ist. In ähnlicher Weise enthält der Gebläseabschnitt 52 eine zweite Gebläseschaufelreihe 62, die mit dem Vorderende 64 der zweiten Antriebswelle 48 verbunden ist.The engine 10 also has a front fan section 52. The fan section 52 is radially inward of one annular fan duct 54, which is fastened to the housing 14 by struts 56. The fan section 52 includes a first row of fan blades 58 connected to the forward end 60 of the first drive shaft 44. In a similar way Thus, the fan section 52 includes a second fan blade row 62, which is connected to the front end 64 of the second Drive shaft 48 is connected.
Jede der ersten und zweiten Gebläseschaufelreihen 58 und 62 weist mehrere in ümfangsrichtung beabstandete Gebläseschaufeln auf. Die Gebläseschaufelreihen 58 und 62 laufen in entgegengesetzter Richtung um, was für einen relativ hohen Gebläsewirkungsgrad und Antriebswirkungsgrad bei einer im allgemeinen niedrigen absoluten Spitzendrehzahl auf jeder Gebläseschaufelreihe sorgt.Each of the first and second rows of fan blades 58 and 62 has a plurality of circumferentially spaced fan blades on. The fan blade rows 58 and 62 rotate in opposite directions, which makes for a relatively high fan efficiency and drive efficiency at a generally low absolute peak speed on each row of fan blades cares.
Das Triebwerk 10 weist ferner einen Booster- bzw. Zusatzverdichter 66 auf. Der Zusatzverdichter 66 enthält einen ersten ringförmigen Rotor 68, der mehrere erste Verdichterschaufelreihen 70 aufweist, die sich von dem Rotor radial nach außen erstrecken und axial beabstandet sind. Der Zusatzverdichter enthält ferner einen zweiten ringförmigen Rotor 72, der radial außen von dem Rotor 68 und den ersten Verdichterschaufelreihen 70 angeordnet ist. Der Rotor 72 weist mehrere zweite Verdichterschaufelreihen 74 auf, die radial innen davon angeordnet und axial beabstandet sind. Der Rotor 68 ist an der Gebläseschaufelreihe 68 und einem Vorderende 60 der ersten Antriebswelle 44 fest angebracht. In ähnlicher Weise ist der Rotor 72 an der Gebläseschaufelreihe 62 und dem Vorderende 64 der zweiten Antriebswelle 48 fest angebracht.The engine 10 also has a booster or additional compressor 66 on. The auxiliary compressor 66 includes a first annular rotor 68 that has a plurality of first rows of compressor blades 70 which extend radially outwardly from the rotor and are axially spaced. The additional compressor further includes a second annular rotor 72 radially outward of the rotor 68 and the first rows of compressor blades 70 is arranged. The rotor 72 has a plurality of second compressor blade rows 74 disposed radially inward thereof and are axially spaced. The rotor 68 is on the fan blade row 68 and a forward end 60 of the first drive shaft 44 firmly attached. Similarly, at the fan blade row 62 and the forward end 64, the rotor 72 is second Drive shaft 48 firmly attached.
Jede der ersten und zweiten Verdichterschaufelreihen 70 und 74 enthält mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Verdichterschaufeln, wobei die ersten Schaufelreihen 70 abwechselnd mit entsprechenden der zweiten Schaufelreihen 74 beabstandet sind. Die Verdichterschaufelreihen 70 und 74 laufen in entgegengesetzter Richtung um und sind in dem Kernkanal 76 angeordnet, der zum Verdichter 18 des Gasgenerators 16 führt.Each of the first and second compressor blade rows 70 and 74 includes a plurality of circumferentially spaced apart compressor blades, wherein the first rows of blades 70 are alternately spaced from corresponding ones of the second rows of blades 74. The compressor blade rows 70 and 74 rotate in opposite directions and are arranged in the core channel 76, which leads to the compressor 18 of the gas generator 16.
Der gegendrehende Booster-Verdichter 66 sorgt für einen wesentlichen Druckanstieg in der Luft, die in den Kerngasgenerator 16 eintritt. Ein Vorteil der Gebläseschaufelreihe und der Verdicherschaufelreihen, die durch die gleiche Antriebswelle angetrieben werden, besteht darin, daß der Leistungsturbine 60 die Energie in optimaler Weise entzogen wird. Ohne die Zusatzverdichterstufen, die durch die Leistungsturbine von den Wellen 44 und 48 angetrieben werden, würde ein getrennter Verdichter mit einer zusätzlichen Welle und einer Antriebsturbine erforderlich sein. Wenn ferner die Zusatzverdichterstufen nicht vorhanden wären, würde das Triebwerk auf ein Gesamtdruckverhältnis beschränkt sein, was einen schlechteren Wirkungsgrad zur Folge hat. Indem die Verdichterschaufelreihen 70 und 74 gegendrehend bzw. gegenläufig sind, ist eine kleinere Anzahl von Verdichterschaufelreihen möglich, als sie für einenThe counter-rotating booster compressor 66 provides an essential Increase in pressure in the air entering core inflator 16. An advantage of the fan blade row and the compressor blade row, which are driven by the same drive shaft, consists in that the power turbine 60 the energy is extracted in an optimal way. Without the additional compressor stages created by the power turbine from the Shafts 44 and 48 are driven, a separate compressor with an additional shaft and drive turbine would be required. Furthermore, if the additional compressor stages were not present, the engine would be limited to one total pressure ratio, which is a worse one Efficiency results. By having the compressor blade rows 70 and 74 counter-rotating and counter-rotating, there is a smaller one Number of rows of compressor blades possible than they are for one
Verdichter mit einer einzigen kleinen Drehzahl, der von nur einer Welle angetrieben 1st, erforderlich wären.Compressors with a single low speed driven by only one shaft would be required.
Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Gebläseabschnittes 52 und des Zusatzverdichters 66. Der Zusatzverdichter 66 ist so aufgebaut, daß der Rotor 68 radial außen von dem Rotor 72 angeordnet ist. Somit erstrecken sich erste Verdichterschaufeln 70 von dem Rotor 68 radial nach innen, und die Verdichterschaufelreihen 74 erstrecken sich von dem Rotor 72 radial nach außen.Fig. 2 shows another embodiment of the fan section 52 and the additional compressor 66. The additional compressor 66 is constructed so that the rotor 68 is radial is arranged outside of the rotor 72. Thus, first compressor blades 70 extend radially from the rotor 68 inside, and the compressor blade rows 74 extend radially outward from the rotor 72.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1. Sie zeigt einen typischen Anstellwinkel von Gebläseschaufeln der ersten und zweiten Gebläseschaufelreihen 58 bzw. 62. Die Bewegungsrichtung der Gebläseschaufelreihe 58 ist durch den Pfeil 78 und die Richtung der Gebläseschaufelreihe 62 ist durch den Pfeil 80 gezeigt. Die gegenläufige Drehung der Gebläseschaufelreihen 58 und 62 hat die Funktion, eine Gebläseströmung 62 axial nach hinten zu erzeugen, um dadurch einen Vorwärtsschub zu erzeugen.FIG. 3 shows a sectional view after a section along the line 3-3 in FIG. 1. It shows a typical angle of attack of fan blades of the first and second fan blade rows 58 and 62, respectively. The direction of movement of the fan blade row 58 is shown by arrow 78 and the direction of the fan blade row 62 is shown by arrow 80. The opposite rotation of the fan blade rows 58 and 62 has the function of creating a fan flow 62 axially to generate rearward, thereby generating forward thrust.
Durch Verändern der Steigungseinstellung für entweder eine oder beide Gebläseschaufelreihen 58 und 62 ist es möglich, die Gebläseströmung 82 umzukehren. Fig. 4 zeigt einen Aufbau, bei dem die Schaufeln in der zweiten Gebläseschaufelreihe 62 in einen anderen Anstellwinkel gebracht worden sind, um eine umgekehrte Gebläseströmung herbeizuführen. Eine derartige Betätigung der Schaufeln in der zweiten Gebläseschaufelreihe 62 kann eine ausreichende Strömung erzeugen, um die Richtung 78 der ersten Gebläseschaufelreihe 58 umzukehren. Die Bewegung der Reihen 58 und 62 bleibt jedoch unterschiedlich, wie es durch die relativen Größen der Pfeile 78 und 80 in Fig. 1 gezeigt ist.By changing the pitch setting for either or both rows of fan blades 58 and 62, it is possible to reverse the fan flow 82. Fig. 4 shows a structure in which the blades in the second fan blade row 62 have been moved to a different angle of attack in order to bring about a reverse fan flow. Such actuation of the blades in the second fan blade row 62 can produce sufficient flow to to reverse the direction 78 of the first row 58 of fan blades. The movement of rows 58 and 62 remains, however different, as shown by the relative sizes of arrows 78 and 80 in FIG.
Es sind verschiedene Mechanismen möglich, um für die Betätigung der Gebläseschaufeln zu sorgen. Fig. 5 und 6 zeigen einen derartigen Mechanismus. Fig. 5 zeigt eine Gebläse-Various mechanisms are possible to provide for actuation of the fan blades. Figures 5 and 6 show such a mechanism. Fig. 5 shows a blower
schaufel 84 mit einer Nabe 86. Die Schaufelsteigungs-Betätigungsmittel 88 sind in Fig. 6 genauer gezeigt. Sie umfassen einen Kolbenring 90, einen Flanschteil 92, erste und zweite Betätigungsarme 94 und 96 und einen Gleichlaufring 98. Der Flanschteil ist an seinem einen Ende an dem Kolbenring 90 fest angebracht und an seinem anderen Ende mit dem ersten Betätigungsarm 94 schwenkbar verbunden. Die Betätigungsarme 94 und 96 sind miteinander verbunden, und der zweite Betätigungsarm 96 ist mit dem Gleichlaufring 98 schwenkbar verbunden. Die Nabe 86 der Schaufel 84 ist an dem ersten Betätigungsarm 94 fest angebracht. Wenn der Kolbenring 94 pneumatisch betätigt wird und sich im allgemeinen axial entlang der Linie 100 in eine Stellung bewegt, die durch die gestrichelten Linien 101 gezeigt sind, dreht sich die Gebläseschaufel 84 um ihre Achse. Gleichzeitig dreht sich der Gleichlaufring 98 in eine durch gestrichelte Linien 102 gezeigte Stellung, wodurch sichergestellt wird, daß alle anderen Schaufeln auf der Gebläseschaufelreihe im Gleichlauf sind.blade 84 with a hub 86. The blade pitch actuators 88 are shown in greater detail in FIG. They include a piston ring 90, a flange portion 92, first and second Actuator arms 94 and 96 and a unison ring 98. The flange portion is on the piston ring 90 at one end fixedly attached and pivotally connected at its other end to the first actuating arm 94. The operating arms 94 and 96 are interconnected, and the second actuating arm 96 is pivotally connected to the unison ring 98. The hub 86 of the paddle 84 is fixedly attached to the first actuating arm 94. When the piston ring 94 is pneumatically operated and moves generally axially along line 100 to a position defined by As shown in dashed lines 101, fan blade 84 rotates about its axis. At the same time it rotates the unison ring 98 to a position shown by dashed lines 102, thereby ensuring that all other blades on the fan blade row are in synchronism.
Es sind jedoch noch andere Ausführungsbeispiele möglich und es muß sich auch nicht um ein Turbogebläsetriebwerk handeln. Vielmehr ist die Erfindung auf alle Triebwerke bzw. Motoren mit gegendrehenden Antriebsschaufeln anwendbar, wie beispielsweise ein nicht mit einem Kanal versehenes Gebläse oder einen Propeller.However, other exemplary embodiments are also possible and it does not have to be a turbo blower drive either. Rather, the invention is applicable to all engines or motors with counter-rotating drive blades, such as, for example a non-duct fan or propeller.
Es sind auch andere Abmessungen und proportionale und strukturelle Relationen möglich als sie in der Zeichnung dargestellt sind.There are also other dimensions, and proportional and structural Relations possible as shown in the drawing.
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Legal Events
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |