DE3714990A1 - Propfan-turbotriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Propfan-Turbotriebwerk mit einer Gasturbine, einem Reduziergetriebe und Propfan-Ro­ tor(en).

Turbotriebwerke die als Wellenleistungstriebwerke arbei­ ten, benötigen aufgrund der hohen Turbinenrotordrehzahlen ein Reduziergetriebe, welches diese Drehzahlen auf eine nutzbare Wellendrehzahl mit großem Drehmoment herabsetzt. Ein typischer Anwendungsfall hierfür ist das Turboprop- Triebwerk, bei dem eine Gasturbine über ein Planetenrad­ getriebe einen Propeller antreibt. Bisher wird zur Schmie­ rung und Abführung der Reibungsverlustwärme des Reduzier­ getriebes dessen Ölkreislauf an das Schmierölsystem der Gasturbine angeschlossen.

Eine neue Entwicklungsrichtung im Flugantriebsbau stellen die Propfan-Triebwerke dar, bei denen ein oder zwei Prop­ fan-Rotoren über ein Reduziergetriebe mit der treibenden Gasturbine verbunden sind. Für solche Propfan-Triebwerke liegen die dabei übertragenen Leistungen wesentlich über den leistungstärksten Turboprop-Triebwerken.

Die dadurch im Reduziergetriebe anfallende Wärmemenge und die im Zuge der Triebwerksentwicklung gesteigerten Turbinentemperaturen führen dazu, daß ein gemeinsames Schmierölsystem für Gasturbine und Reduziergetriebe gra­ vierende Nachteile aufweist. So ist wegen der erheblichen abzuführenden Wärmemengen ein gegenüber herkömmlichen Bauarten leistungsfähigeres Schmierölsystem erforderlich. Ein außerhalb des Triebwerkes untergebrachter, ausrei­ chend dimensionierter Ölkühler benötigt lange Ölleitun­ gen, wodurch wegen der großen Schmiermitteldurchsätze erhebliche Reibungsverluste auftreten. Problematisch ist außerdem eine zu Reparaturzwecken erforderliche Tren­ nung der aus den Propfan-Rotoren und dem Reduziergetriebe bestehenden Baugruppe von der Gasturbine, da hierbei die Ölleitungen unterbrochen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schmierölversor­ gung für ein Propfan-Turbotriebwerk, insbesondere für das Reduziergetriebe zu schaffen, das bei geringen Rei­ bungsverlusten eine gute Wärmeabfuhr erlaubt, wenig Raum beansprucht und eine einfache Trennung der Gasturbine vom Reduziergetriebe bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Reduziergetriebe ein eigenes aus Ölküh­ ler, Ölpumpe und Öltank bestehendes Schmierölsystem auf­ weist, welches axial zwischen dem Reduziergetriebe und der Gasturbine angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß das Schmierölsystem den aus aerodynamischen Gründen erforder­ lichen Raum zwischen der Gasturbine und dem Reduzierge­ triebe nutzt. Durch das davorliegende Reduziergetriebe ist es derart geschützt untergebracht, daß Fremdkörper, welche die Nasenhaube des Triebwerks durchschlagen könn­ ten nicht zur Leckage des Ölsystems mit den verheerenden Folgen für das Triebwerk führen. Außerdem ist das Schmier­ ölsystem lediglich mit dem davorliegenden Reduziergetrie­ be und den Lagern der Propfan-Rotoren durch Ölleitungen verbunden, während es von der Gasturbine vollständig getrennt ist. Die Gasturbine hat ein eigenes Schmieröl­ system. Dadurch läßt sich die gesamte Propfan-Baugruppe von der Gasturbine unter geringem Aufwand trennen, ohne daß Ölleitungen unterbrochen werden müssen. Die Öllei­ tungen können kurz ausgeführt sein, so daß die Reibungs­ verluste in den Rohrleitungen gering bleiben.

Durch die Ausbildung eines ringförmigen Ölkühlers, wel­ cher radial innerhalb des Gasturbineneinlaufkanals ange­ ordnet ist, wird eine kurze Baulänge des Schmierölsystems erreicht. In bevorzugter Ausführungsform ist ein ring­ förmiger Kühllufteinlaufkanal in Strömungsrichtung vor dem Gasturbineneinlaufkanal vorgesehen. Hierdurch wird eine günstige Kühlluftzuführung erreicht, ohne daß die Luftströmung zum Gasturbineneinlaufkanal ungünstig be­ einflußt wird. Vorzugsweise ist weiterhin der Kühlluft­ einlaufkanal mit einem Ringraum verbunden, welcher zwi­ schen einem Einlaufgehäuse der Gasturbine und dem Getrie­ begehäuse des Reduziergetriebes gebildet ist, in welchem der Ölkühler angeordnet ist. Hierdurch ist der Ölkühler bei Wartungsarbeiten gut zugänglich wenn die gesamte Propfan-Baugruppe von der Gasturbine getrennt wird.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist axial hinter dem Ringraum ein damit verbundener ringförmiger Abström­ kanal angeordnet, welcher über eine Anzahl hohler Stütz­ rippen mit einem zwischen der Gasturbine und der Trieb­ werksverkleidung befindlichen Außenraum verbunden ist. Auf diese Weise wird eine günstige Abführung der im Öl­ kühler erwärmten Kühlluft möglich und es wird verhindert, daß diese in den Gasturbineneinlaufkanal gerät und so deren Betriebsparameter unzulässig beeinflußt. Eine kom­ pakte Bauweise des Schmierölsystems läßt sich dadurch erreichen, daß der Öltank im Reduziergetriebegehause integriert ist. Vorzugsweise ist dieser als Ringraum ausgeführt, der eine zum Antrieb des Reduziergetriebes dienende Welle umschließt. Platzsparend ist dabei die Ölpumpe innerhalb des Öltanks angeordnet.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Reduziergetriebe als Planetenkoppelgetriebe ausge­ führt ist und die Ölpumpe über eine verzahnte Welle ange­ trieben wird, die mit einem der im feststehenden Getrie­ begehäuse des Reduziergetriebes gelagerten Planeten ver­ bunden ist. Dadurch läßt sich ein einfacher und platz­ sparender Antrieb der Ölpumpe erreichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilgeschnittetne Längsansicht eines zweistu­ figen Propfan-Turbotriebwerkes,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Vorderteil des Prop­ fan-Turbotriebwerkes.

Fig. 1 zeigt ein Propfan-Turbotriebwerk 34, welches im wesentlichen aus einer vorderen Propfanstufe 12, einer hinteren Propfanstufe 11 und einer Gasturbine 35 besteht. Ein mit einem Verdichter 36 und einer Turbine 37 der Gasturbine 35 gekoppelter Rotor 2 ist an einer Antriebs­ welle 1 angeflanscht, welche wiederum mit dem Reduzier­ getriebe 6 verbunden ist. Zwischen Verdichter 36 und Turbine 37 ist eine Brennkammer 38 angeordnet. Das er­ findungsgemäße Schmierölsystem ist zwischen einem Redu­ ziergetriebe 6 und einem Gasturbineneinlaufkanal 28 des Verdichters 36 vorgesehen.

Die als Hohlwelle ausgeführte Antriebswelle 1 ist - wie in Fig. 2 gezeigt - rotorseitig über die Kugellager 3 im Einlaufgehäuse 4 der Gasturbine 35 gelagert und ge­ triebeseitig mit dem Sonnenrad 5 des Reduziergetriebes 6 verbunden. Über Planetenräder 7, die durch Lager 8 a, 8 b im zweigeteilten Getriebegehäuse 9 drehbar angeordnet sind, und ein Hohlrad 32 wird das Drehmoment von der Antriebswelle 1 auf die Hülse 10 übertragen, welche wie­ derum an der hinteren Propfanstufe 11 angeflanscht ist. Das für die vordere Propfanstufe 12 vorgesehene Drehmo­ ment wird vom Sonnenrad 5 über Planetenräder 13 auf die im Steg befindlichen Bolzen 15 und von dort auf die Hohl­ welle 14 übertragen.

Die Hohlwelle 14 ist mit der vorderen Propfanstufe 12 verbunden, und über Lager 16 a, 16 b im Getriebegehäuse 9 gelagert. Dabei haben die beiden Propfanstufen 11, 12 entgegengesetzte Drehrichtungen. Eine Nasenhaube 17 und Verkleidungen 18 a, 18 b, 18 c sind an den Rotoren der Propfanstufen 11 und 12 befestigt.

Das Getriebegehäuse 9 ist über den Flansch 19 mit dem Einlaufgehäuse 4 verbunden. Der Öltank 20 ist als Ring­ raum ausgebildet und im Getriebegehäsue 9 integriert. Die Ölpumpe 21 ist am Öltank 20 angeflanscht und in ihrer gesamten Ausdehnung innerhalb des Öltankes 20 angeordnet. Der Antrieb der Ölpumpe 21 erfolgt über eine verzahnte Ölpumpenwelle 22, die mit einem der im Getriebegehäuse 9 drehbar gelagerten Planetenräder 7 verbunden ist. Die Ölpumpe 21 ist über eine Rohrleitung 23 mit dem ringförmi­ gen Ölkühler 24 verbunden. Vom Ölaustritt 25 des Ölküh­ lers 24 gelangt das Schmieröl über nicht dargestellte Leitungen zu den Schmierstellen des Reduziergetriebes 6 und der Lager 3, 8, 16, 33. Ebenfalls nicht dargestellt sind Auffangwannen und Rohrleitungen zur Rückführung des Schmieröls in den Öltank 20.

Der Kühlluftstrom 26 für den Ölkühler 24 tritt hinter der hinteren Propfanstufe 11 durch einen ringförmigen Kühllufteinlaufkanal 27 in den zwischen dem Einlaufge­ häuse 4 der Gasturbine 35 und dem Getriebegehäuse 9 des Reduziergetriebes 6 gebildeten Ringraum 39 ein und durch­ flutet den dort befestigten Ölkühler 24 im Kreuz-Gegen­ strom. Von dort strömt die Kühlluft über ein mit dem Ringraum 39 verbundenen, ringförmigen Abströmkanal 40 durch die im Gasturbineneinlaufkanal 28 befindlichen hohlen Stützrippen 29 in den Außenraum 30 zwischen der Gasturbine 35 und der Triebwerksverkleidung 31, von wo sie an geeigneter Stelle durch die Triebwerksverkleidung 31 nach außen tritt und dem das Triebwerk umströmenden Bypass-Luftstrom zugemengt wird.

Claims (8)

1. Propfan-Turbotriebwerk mit einer Gasturbine, einem Reduziergetriebe und Propfan-Rotor(en), dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Reduziergetriebe (6) ein ei­ genes aus Ölkühler (14), Ölpumpe (21) und Öltank (20) bestehendes Schmierölsystem aufweist, welches axial zwischen dem Reduziergetriebe (6) und der Gasturbi­ ne (35) angeordnet ist.

2. Propfan-Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ölkühler (24) ringförmig aus­ geführt und radial innerhalb eines Gasturbineneinlauf­ kanals (28) angeordnet ist.

3. Propfan-Turbotriebwerk nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein ringförmiger Kühllufteinlauf­ kanal (27) in Strömungsrichtung vor dem Gasturbinen­ einlaufkanal (28) vorgesehen ist.

4. Propfan-Turbotriebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühllufteinlaufkanal (27) mit einem Ringraum (39) verbunden ist, welcher zwi­ schen einem Einlaufgehäuse (4) der Gasturbine (35) und einem Getriebegehäuse (9) des Reduziergetriebes (6) gebildet ist, in welchem der Ölkühler (24) angeordnet ist.

5. Propfan-Turbotriebwerk nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß axial hinter dem Ringraum (39) ein damit verbundener ringförmiger Abströmkanal (40) angeordnet ist, welcher über eine Anzahl hohler Stütz­ rippen (29) mit einem zwischen der Gasturbine (35) und einer Triebwerksverkleidung (31) befindlichen Außenraum (30) verbunden ist.

6. Propfan-Turbotriebwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Öltank (20) im Getriebegehäuse (9) integriert ist.

7. Propfan-Turbotriebwerk nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Öltank (20) ringförmig ausge­ führt ist, und eine zum Antrieb des Reduziergetrie­ bes (6) dienende Antriebswelle (1) umgibt.

8. Propfan-Turbotriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduziergetrie­ be (6) als zweigeteiltes Planetenkoppelgetriebe aus­ geführt ist und die Ölpumpe (21) über eine verzahnte Ölpumpenwelle (22) angetrieben wird, die mit einem der im Getriebegehäuse (9) gelagerten Planetenräder (7) verbunden ist.