DE3720123A1 - Lastuebertragungsaufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lastübertragungs­ aufbau und insbesondere auf einen Lastübertragungs­ aufbau, der für Gasturbinentriebwerke geeignet ist.

Bei einer speziellen Bauart von Gasturbinentriebwerken für Flugzeuge ist ein herkömmliches Gasturbinen-Kern­ triebwerk vorgesehen, dem stromab eine Nutzleistungs­ turbine nachgeschaltet ist, die eine oder mehrere Schaufel­ kränze von Fanschaufeln antreibt. Wenn die Fanschaufeln direkt am radial äußeren Umfang der Turbinenschaufeln der Nutzleistungsturbine festgelegt sind, dann liegen diese und die Verkleidung, die in üblicher Weise die Schaufeln umschließt, notwendigerweise am stromabwärtigen Ende des Triebwerks. Bei einer solchen Anordnung ist es notwendig den Aufbau, durch den das Triebwerk am Flugzeug aufgehängt wird, in der Nähe der Nutzleistungsturbine anzuordnen. Infolgedessen wird das Kerntriebwerk nicht direkt am Flugzeug aufgehängt, sondern an der Nutzleistungs­ turbine.

Der Hauptträgeraufbau innerhalb der Nutzleistungsturbine, an der das Kerntriebwerk gelagert werden muß, liegt radial innerhalb des Gasströmungspfades durch die Nutzleistungs­ turbine. Das Kerntriebwerk ist jedoch gewöhnlich am strom­ abwärtigen Ende eines Außengehäuses so aufgehängt, daß der Lastübertragungsaufbau, der das Kerntriebwerk mit der Nutzleistungsturbine verbindet, durch die heiße Gasströmung hindurch stehen muß, die im Betrieb vom Kerntriebwerk nach der Nutzleistungsturbine strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Lastübertragungsaufbau zwischen dem Kerntriebwerk und der Nutzleistungsturbine derart zu verbessern, daß dieser durch den thermischen Gradienten, der durch die Heißgas­ strömung verursacht wird, nicht beeinträchtigt wird.

Die Erfindung geht aus von einem Lastübertragungsaufbau zur Übertragung von Lasten zwischen einem ersten und einem zweiten ringförmigen Glied, die koaxial zueinander liegen und im radialen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei der Lastübertragungsaufbau mehrere, in Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegende, radial verlaufende Arme besitzt, die das erste und das zweite Glied miteinander verbinden.

Hierbei wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Arm an dem ersten Glied in der Weise befestigt ist, daß im wesentlichen nur eine relative radiale Be­ wegung dazwischen zustande kommen kann, wobei die Be­ festigung an dem zweiten Glied an wenigstens zwei im axialen Abstand aufeinander ausgerichteten Stellen er­ folgt, wobei jeder Arm mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt ausgestattet ist, der benachbart zu dem zweiten Glied liegt und mit einem in Umfangsrichtung benachbarten Arm in der Weise zusammenwirkt, daß eine radiale Lastübertragung stattfindet, jedoch keine Last­ übertragung in Umfangsrichtung, jeweils zwischen dem Arm und dem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt eines benachbarten Armes.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt eines Mantelstrom-Fan- Gasturbinentriebwerks mit einem Lastüber­ tragungsaufbau gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Axialschnitt des Lastübertragungsaufbaus gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A gemäß Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Mantelstrom-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 dargestellt, das ein Kerntriebwerk 11 und eine an dessen stromabwärtigen Ende angeordnete Nutzleistungs­ turbine 12 besitzt. Das Kerntriebwerk ist von herkömm­ lichem Aufbau und weist einen Lufteinlaß 13, einen Kompressor 14, eine Verbrennungseinrichtung 15 und eine Turbine 16 auf. Das Kerntriebwerk 11 arbeitet in herkömmlicher Weise, wobei die durch den Einlaß 13 ein­ strömende Luft durch den Kompressor 14 verdichtet wird, bevor sie mit Brennstoff vermischt und die Mischung in der Verbrennungseinrichtung 15 verbrannt wird. Die aus der Verbrennung resultierenden Verbrennungsprodukte entspannen sich über die Turbine 16, bevor sie in die Nutzleistungsturbine 12 ausgeblasen werden.

Die Nutzleistungsturbine 12 ist jedoch nicht von her­ kömmlicher Bauart. Sie weist mehrere Stufen gegen­ läufiger Turbinenschaufeln auf, und zwei Stufen hier­ von tragen Gebläseschaufeln 17 und 18, die an ihren radial äußeren Enden ansetzen. Die Fanschaufeln 17 und 18 drehen sich im Gegenuhrzeigersinn und werden von einem Fangehäuse 19 umschlossen.

Im Betrieb werden heiße Gase, die aus dem Kerntriebwerk 11 ausgestoßen werden, auf die Nutzleistungsturbine 12 gerichtet, um deren Turbinenschaufeln im Gegensinn zu drehen und um dadurch die stromlinienförmigen Vortriebs­ schaufeln 17 und 18 ebenso im Gegensinn anzutreiben. Ein gewisser Anteil des Vortriebsschubs wird durch die Gase geliefert, die aus der Nutzleistungsturbine 12 über den ringförmigen Auslaßkanal 20 ausgeblasen werden. Der Haupt­ anteil des Vortriebsschubes des Gasturbinentriebwerks 10 wird jedoch durch Luft geliefert, die am stromoberseitigen Ende 21 des Fankanals 19 angesaugt und durch die im Gegen­ sinn umlaufenden Fanschaufeln 17, 18 beschleunigt wird, bevor die Luft aus dem stromabwärtigen Ende 22 der Fan­ verkleidung 19 austritt.

Die Fanverkleidung 19 ist mit dem Kerntriebwerk 11 über mehrere allgemein radial verlaufende, nach vorn gerichtete Streben 23 verbunden, während mehrere radial verlaufende nach hinten gerichtete Streben 24 die Fanverkleidung 19 mit der übrigen Nutzleistungsturbine 12 verbinden. Die rückwärtigen Streben 24 übertragen den Hauptteil der Last zwischen dem Triebwerk 10 und dem Flugzeug, an dem es mon­ tiert ist, und sie sind an ihrem radial inneren Ende am axial stromabwärtigen Ende eines allgemein zylindrischen Trägers 25 innerhalb der Nutzleistungsturbine 12 ver­ bunden. Der zylindrische Träger 25 trägt alle im Gegen­ sinn umlaufenden Elemente der Nutzleistungsturbine 12 und er ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit dem strom­ abwärtigen Ende des Gehäuses 26 des Kerntriebwerks 11 über einen Lastübertragungsaufbau 27 verbunden, wie dies deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht.

Der Lastübertragungsaufbau 27 umfaßt ein ringförmiges Lagergehäuse 28, welches ein Lager 29 trägt, das das stromaufwärtige Ende 30 des sich drehenden Teils der Nutzleistungsturbine 12 abstützt. Das Lager 28 ist fest am stromaufwärtigen Ende des zylindrischen Trägers 25 befestigt, wobei eine radial verlaufende Ringwand 31 am stromaufwärtigen Ende und eine allgemein kegelstumpf­ förmige Wand 32 am stromabwärtigen Ende vorgesehen sind. Diese Wände 31 und 32 sind mit Rändern 33 und 34 ausge­ stattet, die die radial inneren Enden mehrerer Arme 35 abstützen, die radial über den Gaskanal 40 verlaufen und das Kerntriebwerk 11 mit der Nutzleistungsturbine 12 ver­ binden.

Jeder Arm 35 weist einen Mittelabschnitt 36 mit aerody­ namischer Form auf, um die Gasströmung zwischen dem Kerntriebwerk 11 und der Nutzleistungsturbine 12 so wenig als möglich zu stören. Jeder Arm ist am radial äußeren Ende mit einem im Querschnitt kreisförmigen Zapfen 37 versehen, der in einer entsprechend bemessenen Buchse 38 lagert, die im Kerntriebwerksgehäuse 26 angeordnet sind. Es könnten jedoch auch andere Verbindungen zwischen den Armen 35 und dem Kerntriebwerksgehäuse 26 benutzt werden, wenn nur eine relative Radialbewegung ohne relative Axialbewegung möglich ist.

Die Arme 35 sind in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist, und jeder Arm ist am radial äußerem Umfang mit in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 38′ und 39 ausgestattet, die zusammen einen Teil der radial äußeren Begrenzung des Gaskanals 40 bilden, der die Arme 35 aufweist. Die Ränder der Plattformen 38′ und 39 sind durch einen Umfangsspalt 54 getrennt, um eine thermische Ausdehnung der Plattformen 38′ und 39 zu ermöglichen. Dichtungen 41 herkömmlicher Bauart, die zwischen benachbarten Plattformen 38′ und 39 angeordnet sind, ermöglichen diese thermische Ausdehnung.

Die radial innere Begrenzung des Gaskanals 40 wird durch mehrere, in Umfangsrichtung verlaufende Plattformen 42 und 43 definiert, und jeder Arm 35 trägt jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Plattform 42 und eine in Umfangsrichtung verlaufende Plattform 43 am radial inneren Ende. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 42 erstrecken sich über einen größeren Umfangsabschnitt als die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen 43, und sie sind jeweils mit einem Stufenabschnitt 44 versehen, mit dem sie an der benachbarten Plattform 43 in der Weise formschlüssig angreifen, daß eine radiale Kraftübertragung, jedoch keine Kraftübertragung in Umfangsrichtung dazwischen erfolgen kann. Ein Umfangsspalt 45 wird auf diese Weise zwischen benachbarten Plattformen 42 und 43 definiert, um dazwischen eine relative Bewegung in Umfangsrichtung zu ermöglichen.

Der Rand 33, der am radial äußeren Ende der Ringwand 31 vorgesehen ist, kann - wie aus Fig. 2 ersichtlich - im Querschnitt L-förmig sein, um einen radial verlaufenden gelochten Flansch 46 und eine axial verlaufende Träger­ oberfläche 47 zu bilden. Der Rand 34 am radial äußeren Ende der kegelstumpfförmigen Wand 32 hat einen ähnlichen L-förmigen Querschnitt, um einen radial verlaufenden ge­ lochten Flansch 48 und eine radial verlaufende Stütz­ oberfläche 49 zu bilden. Jeder Arm 35 ist an seinem radial inneren Ende mit gelochten Ansätzen 50 bzw. 51 versehen, die auf den Rändern 33 bzw. 34 aufsitzen. Die Ansätze und die Flansche 50 und 46 sowie 51 und 48 sind miteinander über hohle Dübelbolzen 52 verbunden. Die Bolzen 52 sind - wie aus Fig. 3 ersichtlich - auf die Mittelabschnitte 36 der Arme 35 ausgerichtet und sie sind außerdem axial auf­ einander ausgerichtet.

Jede der in Umfangsrichtung verlaufenden radial inneren Plattformen 42 liegt im radialen Abstand von den axial verlaufenden Tragoberflächen 47 und 49, die an den Rändern 33 bzw. 34 angeordnet sind, mit Ausnahme jenes Abschnitts 53, der radial innerhalb der benachbarten Plattform 43 liegt, mit der er zusammenwirkt.

Im Betrieb treten Abgase, die aus dem Kerntriebwerk 11 mit hoher Temperatur austreten, über die Arme 35, wo­ durch eine große Temperaturdifferenz zwischen den ver­ schiedenen Teilen des Lastübertragungsaufbaus 27 er­ zeugt werden kann, die bis zu 500 Grad C betragen kann. lnsbesondere dehnen sich die Arme 35 thermisch mit einer größeren Rate aus als die Ränder 33 und 34, auf denen sie gelagert sind. Diese Differenz der thermischen Expansion führt zu einer Veränderung der Umfangsspalte 45 und 54, aber es führt nicht dazu, daß die Arme 35 aus ihrer Stellung mit gleichem Winkelabstand abgelenkt werden. In gleicher Weise führt eine radiale Ausdehnung des Lastübertragungsaufbaus 27 zu einer relativen Radial­ bewegung zwischen jedem Zapfen 37 und der Hülse 38, in der der Zapfen eingesetzt ist, wodurch gewährleistet wird, daß keine Radialbelastung auf das Kerntriebwerks­ gehäuse 26 ausgeübt wird. Durch das Zusammenwirken von Zapfen 37 und Hülse 38 wird gewährleistet, daß der zylindrische Träger 35 und das Kerntriebwerksgehäuse 26 durch den Lastübertragungsaufbau 27 koaxial zueinander gehalten werden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk beschrieben, das mit einem Mantel­ stromfan versehen ist. Die Erfindung ist natürlich auch für andere Gasturbinentriebwerke anwendbar, beispiels­ weise für Triebwerke mit frei umlaufenden Propeller­ schaufeln.

Claims (12)

1. Lastübertragungsaufbau zwischen ersten und zweiten allgemein ringförmig verlaufenden, koaxial im radialen Abstand zueinander an­ geordneten Bauteilen, bestehend aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten radial verlaufenden Armen, die den ersten und zweiten ringför­ migen Bauteil verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (35) an dem ersten Ringbauteil (26) in der Weise befestigt ist, daß im wesentlichen nur eine relative Radialbewegung dazwischen möglich wird, während die Arme mit dem zweiten Ring­ bauteil (28) an wenigstens zwei axial auf­ einander ausgerichteten, im axialen Abstand zueinander angeordneten Stellen verbunden sind, wobei jeder Arm (35) mit einem in Um­ fangsrichtung verlaufenden Abschnitt (42) versehen ist, der benachbart zu dem zweiten Bauteil (28) liegt und mit einem in Umfangs­ richtung benachbarten Arm (35) in der Weise zusammenwirkt, daß eine radiale Lastübertragung, aber keine Lastübertragung in Umfangsrichtung zwischen jedem Arm (35) und dem in Umfangsrichtung verlaufenden Teil (42) eines benachbarten Armes (35) stattfinden kann.

2. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ringbauteile (26, 28) Abschnitte des Kern­ triebwerks (11) bzw. einer Nutzleistungsturbine (12) eines Gasturbinentriebwerks (10) sind, und daß die Arme (35) radial durch einen ringförmigen Gaskanal (40) hindurchstehen und das Kerntriebwerk (11) mit der Nutzleistungsturbine (12) verbinden.

3. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jener Teil des Kern­ triebwerks (11), an dem die Arme angreifen, das Außengehäuse (26) des Triebwerks ist, und daß das radial äußere Ende eines jeden Arms (35) an dem Außengehäuse (26) angreift.

4. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (35) mit einem radial vorstehenden Zapfen (37) am radial äußeren Ende versehen ist, der mit radialem Gleitsitz in einer entsprechenden Hülse (38) sitzt, die im Kerntriebwerksgehäuse (26) ange­ ordnet ist.

5. Lastübertragungsaufbau nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (36) am radial äußeren Ende mit Plattformabschnitten (38, 39) versehen ist, und daß die in Umfangs­ richtung verlaufenden Plattformabschnitte (38, 39) benachbarter Arme dichtend in Eingriff stehen, so daß diese Plattformabschnitte (38, 39) einen Teil der radial äußeren Begrenzung des ring­ förmigen Gaskanales (40) bilden, der das Kern­ triebwerk (11) mit der Nutzleistungsturbine (12) verbindet.

6. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das radial innere Ende eines jeden Arms (36) an einem Teil (28) der Nutzleistungsturbine festgelegt ist.

7. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (28) der Nutzleistungsturbine von zwei im axialen Abstand zueinander verlaufenden ringförmigen Wänden (31, 32) gebildet ist, die jeweils einen Randab­ schnitt (33, 34) definieren, an dem das jeweils radial innere Ende (50, 51) eines jeden Arms (36) an axial aufeinander ausgerichteten, im Abstand zueinander liegenden Schellen festgelegt ist.

8. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine (32) der Wände (31, 32) eine kegelstumpfförmige Form besitzt.

9. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Randabschnitt (33, 34) einen radial verlaufenden Flansch (46, 48) und eine axial verlaufende Stützfläche (47, 49) aufweist, und daß das radial innere Ende eines jeden Armes (36) an der Verbindung mit dem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt (42) fest an dem Flansch (46, 51) und radial im Ab­ stand von der axial verlaufenden Stützfläche (47, 49) angeordnet ist, und daß die freien Enden der in Umfangsrichtung verlaufenden Platt­ formabschnitte (42) auf den axial verlaufenden Stützflächen (47, 49) angreifen.

10. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden eines jeden in Umfangsrichtung verlaufenden Arms (42) radial durch ein entsprechend ge­ formtes Teil (43) erfaßt werden, welches am radial inneren Ende des benachbarten Armes (36) festgelegt ist.

11. Lastübertragungsaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangs­ richtung verlaufenden Plattformabschnitte (42) der Arme einen Teil der radial inneren Begrenzung des Gaskanals (40) bilden.

12. Lastübertragungsaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (28) außerdem eine Abstützung für ein Lager innerhalb der Nutzleistungsturbine bildet.