DE3722530C2 - Turbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Turbinentriebwerk, mit einer Pump- und Zumeßeinrichtung und einer Hohlwelle, durch die der Verbrennungskammer des Turbinentriebwerks Treib- oder Brennstoff zugeführt und gepumpt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Turbinentriebwerkkonstruktion ist aus der DE-PS 9 44 690 bekannt.

Aus der DE-PS 9 44 690 ist ein Turbinentriebwerk zu ersehen, in dessen Nabe eine Brennstoffpumpe und ein Regler für die Treibstoffmenge untergebracht sind. Demgemäß ist der Treibstoffzufuhrkanal axial von der Pump- und Zumeßeinrichtung zur Hohlwelle geführt, von der aus radiale Kanäle ausgehen und in einen kegelstumpfförmigen Ringkanal einmünden. In dem Kanal sind mit Rippen versehene Teile angeordnet, welche die Flüssigkeit streifenförmig in Berührung mit der Wand halten sollen. Der Kanal mündet in eine ringförmige Nut, von der aus Öffnungen in die Brennkammer führen.

Bei Turbinentriebwerkkonstruktionen ist allgemein bekannt, daß Treibstoffpumpen Verwendung finden, um Treibstoff in die Brennkammer des Turbinentriebwerks zu fördern. Typischweise werden die Treibstoffpumpen durch das Turbinentriebwerk angetrieben mittels eines Hilfsgetriebes oder anderer Einrichtungen, um die Pumpe an die Triebwerkswelle anzuschließen. Das Gewicht und die Kompliziertheit des Antriebsmechanismus erhöhen jedoch beträchtlich die Größe und den Raumbedarf des Turbinentriebwerkes. Darüberhinaus werden durch diese Einrichtungen Energieverluste verursacht, die den Wirkungsgrad des Turbinentriebwerks weiter verringern.

Außerdem sind viele Teile in diesem Antriebsmechanismus einem Verschleiß ausgesetzt und erfordern Schmierung, periodische Wartung und Reparaturen.

Natürlich ist es auch bekannt, elektrische Motoren für den Antrieb der Pumpen zu benutzen; aber solche Motoren erfordern eine gesonderte oder durch einen Motor angetriebene Kraftquelle zur Betätigung des Motors zum Antrieb der Pumpe. Außerdem können Größe und Gewicht dieser Motoren die Breite oder Größe des Turbinentriebwerks beeinflussen, da sie oft am Turbinengehäuse nahe bei der Pumpe montiert sind. Unabhängig von den zum Antrieb der Pumpe benutzten Einrichtungen muß darüberhinaus die Pumpe ausreichende Druckhöhen zur Verfügung stellen, um die Reibungsverluste innerhalb der Treibstoffzuführungswege zu überwinden und um einen ausreichenden Druck verfügbar zu machen, um den Treibstoff in die Brennkammer gegen die Druckkraft einzuspritzen, die durch die Verbrennung innerhalb der Brennkammer verursacht wird. Dadurch führen die Druckerfordernisse dazu, daß die Größe und die Komplexität der bekannten Treibstoffpumpen ständig ansteigen.

Obgleich es bekannt ist, einen Treibstoffdurchgang durch die Mitte der Turbinenwelle zu führen, so daß die Drehung der Welle eine Zentrifugalkraft dem Medium erteilt, um nach außen von der Mitte der Welle anzutreiben, stützen sich solche Flüssigkeitssysteme hauptsächlich auf den Druck, der durch eine von der Turbine angetriebene Pumpe erzeugt wird, um die Reibungsverluste in den Treibstofführungen und den Druck in der Brennkammer zu überwinden.

Im Ergebnis ersetzen solche bekannten Turbinenwellen-Treibstoffzuführsysteme nicht die Notwendigkeit starker Pumpen und Antriebswerke mit den mit solchen Einrichtungen verbundenen Problemen, z. B. das Problem der Blasenbildung des Treibstoffes in großen Flughöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Turbinentriebwerk nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 anzugehen, welches auf eine starke Treibstoffpumpe verzichten kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung löst die genannten Probleme durch das Verfügbarmachen einer Treibstoffpumpe innerhalb der Hauptwelle eines Turbinentriebwerkes, die einen unter Druck stehenden Treibstoff mit genügender Energie zuführt, um den Treibstoff in die Brennkammer des Turbinentriebwerks einzuspritzen, nachdem sich eine Umwandlung der Blasen in flüssigen Brennstoff vollzogen hat.

Im Ergebnis wird eine außenliegende Treibstoffpumpe nur benötigt zur Zuführung eines zugemessenen Betrags an Treibstoff, der notwendig ist zum wirksamen Betrieb bei einer gewünschten Geschwindigkeit bei ausreichendem Druck, um Reibungsverluste in den Leitungen zwischen der Zuführquelle und der Hauptwelle des Turbinentriebwerks zu überwinden. Zusätzlich kann die Treibstoffpumpe auch dazu dienen, eine Druckbarriere zu erzeugen, die den Druck in der Brennkammer von dem geringen Treibstoffdruck in der Turbinenwelle abschirmt. Allgemein umfaßt die Pumpe ein Paar Wellenwände, die einen Durchgang zwischen sich bilden, der mit einer Vielzahl von Flügeln versehen ist. Die äußersten oder Auslaßenden der Flügel stehen mit einem ringförmigen Hohlraum in der Welle in Verbindung, der auch in Verbindung mit den Einspritzdüsen steht, die in die Brennkammer des Turbinentriebwerks gerichtet sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Flügel axial in Fluchtung mit den Einspritzdüsen angeordnet, um die Reibungsverluste in der Strömungsbahn auf ein Minimum zu verringern. In dieser Ausführungsform sind die Flügel so gestaltet, daß sie dem Treibstoff genügend Energie erteilen, um einen zirkulierenden Flüssigkeitsring in der ringförmigen Ausnehmung zu bewirken, die als Druckbarriere zwischen der Brennkammer und dem Treibstoffverbindungskanal in dem Turbinentriebwerk bildet. Eine Abwandlung der Konstruktion benutzt ein ringförmiges Gitter, einen mit Öffnungen versehenen Ring oder andere Einrichtungen, um einen beschränkten Spalt in dem ringförmigen Hohlraum zu bilden, der den Betrag an zu den Einspritzdüsen zugeführtem Treibstoff steuert. In jedem Fall können die Flügel mit verschiedenen Querschnittsgestaltungen ausgebildet sein und in verschiedenen Fluchtungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung angeordnet sein.

Eine weitere Abwandlung der vorliegenden Erfindung umfaßt umhüllende erste und zweite Wellenwände, die einen axialen Einlaßteil des Flüssigkeitskanals sowie einen sich radial erstreckenden Auslaßdurchgang für den Flüssig­ keitskanal bilden. Entsprechend gestaltete Flügel erstrec­ ken sich quer zum Strömungsdurchgang, der zwischen dem ersten und zweiten Wellenteil gebildet ist. Das sich radial erstreckende Endteil des Flüssigkeitsdurchgangs kann axial in Fluchtung mit den Einspritzdüsen in der obenbeschriebenen Weise angeordnet sein, obgleich die vorliegende Erfindung auch eine Abwandlung umfaßt, bei der das Auslaßende des mit Flügeln versehenen Durchgangsteils mit einem axial verlängerten Durchgang zwischen dem ringförmigen Hohlraum und dem Auslaßende des Flügeldurchgangs in Verbindung steht. Der axial verlängerte Durchgang dient als eine weitere Einrichtung zur Erzeugung einer Druckbarriere zwischen Brennkammer und Treibstoffzufuhr innerhalb des Durchgangs im Turbinentriebwerk. In einer weiteren Abwandlung der vorliegenden Erfindung besitzt der axial verlängerte Durchgang Verbindungsteile, die an verschiedenen radialen Ebenen angeordnet sind, um eine zwangsläufige Flüssigkeitsdichtung im radial äußersten Teil der axialen Stellung zu bilden. Eine andere weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt einen hohlen Flüssigkeitsdurchgang durch die Mitte der Turbinenwelle, die für Triebwerke mit zwei oder mehr konzentrischen Wellen benötigt wird.

In solcher Weise macht die Erfindung eine Treibstoffpumpe innerhalb der Turbinenwelle des Turbinentriebwerks verfügbar, um beträchtlich die Kraft zu verringern, die durch Pumpen oder zugeordnete Einrichtungen erforderlich ist, um Treibstoff in die Brennkammer des Turbinentriebwerks einzuspritzen. Darüberhinaus kann mit der Treibstoffpumpe gemäß vorliegender Erfindung die Größe und Kompliziertheit der Treibstoffpumpe zum Zuführen eines zugemessenen Treibstoffbetrages zum Turbinentriebwerk beträchtlich verringert werden. Zusätzlich macht die Pumpe Einrichtungen zur Erzeugung einer Druckbarriere zwischen Brennkammer und Treibstoffzuführdurchgängen sowie Einrichtungen zur Verringerung des Betrages an Energie, der durch die zumessende Treibstoffpumpe zugeführt werden muß, verfügbar. Zusätzlich können die Strömungsdurchgänge in der Pumpe für ein weiteres Erfordernis gestaltet sein, bei dem der Treibstoff zu den Einspritzdüsen zum Ausströmen in die Brennkammer zugeführt wird. Diese und andere Vorteile werden mehr verständlich werden aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, in welcher gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten beziehen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Turbinentriebwerkskonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, in der aber eine Abwandlung dargestellt ist;

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die eine weitere Abwandlung zeigt;

Fig. 5 eine Teilschnittansicht ähnlich der nach Fig. 3, wobei eine weitere Ausführungsform dargestellt ist;

Fig. 6 eine Teilansicht in Richtung 6 nach Fig. 5;

Fig. 6A eine Teilansicht in Richtung 6A nach Fig. 6;

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend der nach Fig. 5, in der eine weitere Abwandlung dargestellt ist;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der nach Fig. 7, wobei eine zusätzliche Abwandlung gezeigt ist;

Fig. 9 eine Teilschnittansicht eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einer zusätzlichen Abwandlung; und

Fig. 10 eine Teilschnittansicht ähnlich der nach Fig. 9, wobei eine weitere Abwandlung gezeigt ist.

In Fig. 1 ist ein Turbinentriebwerk 10 zu sehen, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und eine Hauptwelle 12 umfaßt, die drehbar mit Hilfe von Lagern 14 und 15 in einem Lagergehäuse 16 montiert ist. Die Welle weist einen Kompressor 18 auf, der eine Vielzahl von Pumpenradflügeln 19 besitzt, die unter Druck stehende Luft zum Kompressorauslaß 22 zuführen. Das andere Ende der Welle 12 besitzt wenigstens einen Turbinenständer 24, der eine Scheibe 26 und eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 28 aufweist, die als Einheit um die Welle 12 rotieren.

Ein Brenner 36 ist innerhalb des Gehäuses 16 zwischen Kompressorauslaß 22 und Turbinenständer 24 montiert. Der Brenner umfaßt ein äußeres Mantelgehäuse 38, das an dem Lagergehäuse 16 in geeigneter Weise befestigt ist, z. B. durch eine Schraubenverbindung, wie sie bei 40 gezeigt ist, um eine ringförmige Brennkammer 42 zu definieren. Das radial innere Ende 43 des Brenners ist zum Umfang der Hauptwelle 12 nahe den Einspritzdüsen 58 offen, wie ausführlich und nachfolgend noch beschrieben werden soll. Druckluft vom Kompressorauslaß 22 tritt in die Brennkammer 42 durch eine Vielzahl von Öffnungen 44, 46, 48 ein. Zusätzlich liegt im rückwärtigen oder Auslaßende des Brenners eine Vielzahl von umfänglich im Abstand voneinander angeordneten Statorflügeln 52 gegenüber, die am Lagergehäuse 60 zwischen dem Turbinenständer 24 und der Brennkammer 42 befestigt sind. Die Statorflügel 52 bilden eine Düse, um eine Strömung in dem Turbinenstator 24 zu richten. Druckluft vom Kompressorauslaß 22 geht durch die Öffnungen 54 in die hohlen Statorflügel 52 und tritt dann in die Brennkammer 42 durch eine Vielzahl von Öffnungen 56 ein.

Ein Teil 13 der Hauptwelle 12 besitzt eine hohle Kammer 59, die sich axial zum rückwärtigen Ende der Welle erstreckt. Eine verlängerte Treibstoffröhre 72 erstreckt sich durch die Kammer 59 und ist zur Drehung mit der Welle 12 an dieser befestigt. Treibstoff wird von der nicht dargestellten Zuführquelle zur Treibstoffpumpe und Zumeßeinrichtungen, wie sie schematisch bei 62 dargestellt sind, zugeführt. Der zugemessene Treibstoff tritt in das Triebwerk durch einen Durchgang 64 ein, der in Verbindung mit der Gehäusekammer 65 steht, die mit der Treibstoffröhre 72 axial ausgerichtet ist. Eine Leckage des Treibstoffs, das von der Gehäusekammer 65 in die sich drehende Treibstoffröhre 72 fließt, wird durch herkömmliche Einrichtungen, wie beispielsweise einen Dichtungsring 66, verhindert, der nachgiebig gegen eine Ringdichtungsfläche 73 am axialen Ende der Treibstoffröhre 72 durch eine Feder 67 gedrängt wird.

Das andere Ende der Treibstoffröhre 72 ist an einem im wesentlichen ringförmigen Gehäuseteil 68 eines Wellenringteils 69 der Hauptwelle 12 montiert. Das Wellenringteil 69 besitzt ein ringförmiges Umfangsteil, das mit einer Vielzahl von im Umfang voneinander angeordneten Treibstoffeinspritzdüsen 58 versehen ist, die in ein Teil 43 der Brennkammer 42 öffnen. Die radial innersten Enden der Einspritzdüsen 58 stehen mit einer Ringausnehmung 86 in Verbindung, die zwischen dem Wellenring 69 und einer Endplatte 70 ausgebildet ist, die quer zum vorderen Ende des Wellenrings 69 montiert ist. Die Endplatte 70 umfaßt eine vordere Endwand 82, die im Abstand von der rückwärtigen Endwand 84 angeordnet ist, die auf dem Wellenring 69 ausgebildet ist, um dazwischen einen Treibstoffströmungsdurchgang zu definieren. Eine Vielzahl radialer Flügel 78 erstreckt sich axial quer zum Strömungsdurchgang zwischen der vorderen Endwand 82 und der hinteren Endwand 84. Der Ort der radial inneren Enden der Flügel 78 bildet einen Treibstoffpumpeneinlaß-Durchmesser 76, während die radial äußersten Enden der Flügel den Pumpenauslaß bestimmen.

Wenn zugemessener Treibstoff durch den Durchgang 64 durch die Pump- und Zumeßeinrichtungen 62 und, durch die Treibstoffröhre 72 gepumpt wird, tritt er in den Treibstoffpumpeneinlaß-Durchmesser 76 ein und gelangt durch den Raum zwischen den radialen Flügeln 78 in die ringförmige Ausnehmung 86. Der Treibstoff vom ringförmigen Hohlraum 86 versorgt die Treibstoffeinspritzdüsen 58, und die Drehung der Flügel erzeugt genügend Energie, um den Treibstoff in die Brennkammer 42 einzuspritzen. Da es vorteilhaft ist, ein Füllen der Treibstoffeinspritzdüsen voll mit Treibstoff zu vermeiden, um Beschädigungen zu verhindern, die in Erscheinung treten können von Treibstoffbestandteilen, die die Treibstoffeinspritzdüsen 58 verstopfen, setzen das Druckniveau, das in der Brennkammer 42 vorhanden ist, auch den ringförmigen Treibstoffhohlraum 86 unter Druck. Die Pumpwirkung der radialen Flügel 78 bewirkt einen Druckanstieg über den Flügeln, der das Druckniveau überwindet, das in der ringförmigen Ausnehmung 86 existiert aufgrund des Druckniveaus in der Brennkammer 42 sowie der Reibungsverluste in den Treibstoffeinspritzdüsen 58. Darüberhinaus ist der Treibstoff, der in den Innendurchmesser 76 der radialen Flügel 78 eintritt, allgemein in einer dampf-flüssigen Form, die sich bei oder nahe der Flügelränder 80 aufgrund der Pumpwirkung der Flügel 78 verflüssigt. Diese Pumpwirkung bildet einen sich drehenden Flüssigkeitsring aus Treibstoff, um eine Abdichtungsbarriere zwischen dem Druckniveau in der ringförmigen Ausnehmung 86 und dem Druck innerhalb der Treibstoffröhre 72 herzustellen. Die radiale Tiefe dieses Flüssigkeitsrings aus Treibstoff verändert sich automatisch als Funktion des erforderlichen Treibstoffstromes, des Druckniveaus und der Maschinengeschwindigkeit. Unter Berücksichtigung dieser Überlegungen sind die Radialflügel 78 so konstruiert, daß sie einen Randdurchmesser bzw. geometrischen Ort der Flügelränder 80 aufweisen, der eine Arbeitskapazität verfügbar macht, die wenigstens gleich oder vorzugsweise die Arbeit überschreitet, die erforderlich ist, um Treibstoff in die Brennkammer zu spritzen. Die Größe der radialen Flügel erlaubt es, daß der Treibstoff zum Treibstoffpumpeneinlaß-Durchmesser mit einem verhältnismäßig geringen Druckniveau zugeführt wird, wodurch der erforderliche Treibstoffströmungsdruck und die erforderliche Arbeit für die Treibstoffpump- und -zumeßeinrichtungen 62 verringert werden. Der radiale Strömungsbereich bei irgendeinem Radius R von der Wellenmittellinie wird bestimmt als Produkt des Umfangs des Radius R und dem axialen Abstand zwischen vorderer Endwand 82 und rückwärtiger Endwand 84. Die gewünschten radialen Strömungsgeschwindigkeiten bestimmen dann den axialen Raum und folglich die relative Wandkontur. Sorgfältige Beachtung sollte der Treibstoffdampf-Flüssigkeits-Mischung des Innendurchmessers 76 und dem Erfordernis für einen stabilen Flüssigkeitsring an oder nahe den Flügelrändern 80 geschenkt werden.

Der Pumpenwirkungsgrad der Flügel kann verbessert werden durch Einstellung der Fluchtung der Flügel für die Treibstoffstrombedingungen, wo der Treibstoff in den Treibstoffpumpeninnendurchmesser 76 eintritt und sich nicht mit Wellengeschwindigkeit dreht. Unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 4 kann gesehen werden, daß die geraden radialen Flügel 78, wie in Fig. 2 gezeigt, ersetzt werden können durch eine Vielzahl gebogener Flügel 108, die sich im wesentlichen in eine Richtung radial auswärts erstrecken. Die Flügel können eine Gestalt aufweisen längs der Hauptliniengestalt, wie es schematisch bei 109 gezeigt ist, um den Pumpenwirkungsgrad zu verbessern, was durch spezifische Abwandlungen in der Gestaltung der Durchgänge und der Wellenkonstruktion möglich ist. Der bevorzugte Flügelhauptlinienwinkel 110 des Pumpeneinlasses und der Randwinkel 111 können errechnet werden aus den Geschwindigkeitsdreiecken unter genauer Berücksichtigung der Einlaßeinfallswinkel und der Randausgangsgleitbedingungen. Allgemein ist die Pumpenströmung nicht proportional der Geschwindigkeit, da sie oberhalb durch die Treibstoffpump- und -zumeßeinrichtungen 62 gedrosselt wird. Die Einlaßströmungswinkel können dann optimiert werden nur über einen begrenzten Geschwindigkeits-Strömungsbereich und geben einen Kompromiß bei anderen Strömungsgeschwindigkeitszuständen wieder. Der Ausgangsrandwinkel 111 kann in allen Fällen eine zusätzliche Anpassungsfähigkeit für die Einstellung der vorderen Endwand 82 und der rückwärtigen Endwand 84 verfügbar machen, da dieser Winkel die Strömungskanalgeschwindigkeit beeinflußt. Die Flügeldicke kann weiter ansteigend sein zu dem Rand, der auch die relative Strömungsgeschwindigkeit beeinflußt. Die dickeren Ränder steigern jedoch die Festigkeit der umfänglichen Strömungsschichtung, die in den ringförmigen Hohlraum 86 eintritt. Der axiale Abstand zwischen der vorderen Endwand 82 und der rückwärtigen Endwand 84 sollte bei kleineren Triebwerken sehr gering sein, wobei das Ansteigen der Dicke der Flügelränder einen größeren axialen Abstand erlaubt, wodurch eine Gestaltung erzielt wird, die einfacher herzustellen ist.

In Fig. 3 ist eine Abwandlung der Pumpeinrichtung nach Fig. 1 dargestellt und umfaßt ein ringförmiges Strömungsgitter 62, das sich von der vorderen Endwand 82 nach außen erstreckt. Das Strömungsgitter 92 ist radial nach außen von den radialen Flügeln 78 angeordnet und bildet einen Steuerspalt 94 zwischen Strömungsgitter 92 und rückwärtiger Endwand 84, um den Treibstoffstrom zu konditionieren, der in den ringförmigen Hohlraum 86 eintritt, bevor der Treibstoff durch die Treibstoffeinspritzdüsen 58 in die Brennkammer 42 gelangt. Es ist verständlich, daß das ringförmige Strömungsgitter 92 durch andere Einrichtungen ersetzt werden kann, z. E. durch einen mit Öffnungen versehenen Ring, der Spalte bildet, die besonders geeignet sind, die gewünschten Strömungscharakteristiken für den Treibstoff verfügbar zu machen, das in die Einspritzdüsen einmündet. Eine weitere Abwandlung der Pumpe, gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Endplatte 70 besitzt eine mit einer Kontur versehene Endwand 112, die einen mittleren Körper 116 bildet, der sich in axialer Richtung längs der Hauptwelle 12 erstreckt. Zusätzlich umfaßt der Wellenring 69 eine mit einer Kontur versehene rückwärtige Endwand 114, um einen Strömungskanal zwischen der Kontur der vorderen Endwand 112, dem mittigen Körper 116 und der Kontur der rückwärtigen Endwand 114 zu bilden. Eine Vielzahl von Flügeln 118 erstreckt sich quer zum Strömungskanal, und ein Wandteil 123, dem Wandteil 114 des Wellenrings 69 benachbart, bildet eine Einlaßröhrenkontur 124 oberhalb der Führungskante 120 der Flügel 118.

Wie Fig. 6 zeigt, sind überdies die Flügel 118 weiter mit einer Kontur versehen zwischen der Führungskante 120 und der Schleppkante 122, um die Wirksamkeit der Pumpenarbeit zu erhöhen. Der gewünschte Führungskanteneinlaßwinkel 125, wie er in Fig. 6A gezeigt ist, kann errechnet werden aus den Geschwindigkeitsdreiecken unter genauer Beachtung der Einlaßanstellwinkel. Der bevorzugte Kopfwinkel 126 kann aus den Ausgangsschlupfbedingungen und den gewünschten Kanalströmungsgeschwindigkeiten errechnet werden. Diese Strömungsbedingungen sind den gleichen Arten von Kompromissen unterworfen, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert wurde. Wie Fig. 6 zeigt, verändert sich die Dicke eines jeden Flügels längs der radialen Richtung, und die Seitenflächen sind besonders gestaltet im Zusammenhang mit der gewünschten Pumpenwirkung. In jedem Fall ermöglicht die axiale Ausdehnung der Flügel und die radiale Ausdehnung der Flügel 118 diesen, dem Treibstoff weitere Energie zu erteilen, wenn er von der Treibstoffröhre 72 in den ringförmigen Hohlraum 86 fließt, um in die Düsen 58 ausgepumpt zu werden.

In Fig. 7 ist eine weitere Abwandlung der Pumpeneinrichtung dargestellt, die die Flügelkonstruktion nach Fig. 5 benutzt und einen axialen Zwischenraum zwischen Schleppkante 122 der Flügel 118 und dem ringförmigen Hohlraum 86 umfaßt. Der Treibstoff gelangt von der Schleppkante zu dem Auslaß 122 der Flügel 118 durch einen ringförmigen Hohlraum 136 längs der sich axial erstreckenden Wand 128, die von dem Wellenring 69 gebildet ist. Der Ringdurchgang 136 macht eine verlängerte Bahn zur Wärmeübertragung zum Treibstoff verfügbar und dient als eine Barriere zwischen dem Druck, der in dem ringförmigen Hohlraum 86 aufgrund der Brennkammer erzeugt wird, und dem niedrigen Druck in der Treibstoffröhre 72.

Wie Fig. 8 zeigt, befindet sich die Schleppkante 122 der Flügel 118 axial im Abstand von dem ringförmigen Hohlraum 86 und den Einspritzdüsen 58, und der dazwischen liegende Verbindungsdurchgang umfaßt Einrichtungen zum Erzeugen einer zwangsläufigen Flüssigkeitstreibstoffdichtung zwischen dem ringförmigen Hohlraum 86 und der Treibstoffröhre 72. Der Durchmesser der Ringfläche 148 ist geringer als der Durchmesser 149 der mit einer Kontur versehenen vorderen Endwand 112, während die Schleppkante 122 der Flügel 118 geringer als, größer als oder gleich dem Durchmesser 149 sein kann. Eine solche Konstruktion ermöglicht eine zwangsläufige mechanische Steuerung der radialen Tiefe des Flüssigkeitstreibstoffrings, der im Durchgang gebildet wird. Der von der Schleppkante 122 der Flügel 118 abgehende Treibstoff füllt die Ringkammer 146 aus, und der Treibstoff sammelt sich in der Kammer, bis er eine radial innenliegende Stellung erreicht hat, in der er axial längs der Ringfläche 148 und in den ringförmigen Hohlraum 86 gelangen kann. Die Ansammlung des Treibstoffs in dem ringförmigen Hohlraum bildet eine zwangsläufige Flüssigkeitstreibstoffdichtung zwischen dem Druck in dem Hohlraum 86 und dem in der Treibstoffröhre 72. In Fig. 9 ist eine Abwandlung der Pumpeinrichtung nach Fig. 1 gezeigt, die eine äußere Treibstoffröhre 122 umfaßt, die eine Abdichtungseinrichtung 163 besitzt und eine innere Treibstoffröhre 172 mit Abdichtungseinrichtungen 173. Der in das Triebwerk durch den Durchgang 64 eintretende Treibstoff strömt axial längs der Hauptwelle 12 durch den axial ringförmigen Durchgang 164, der durch den Innendurchmesser der äußeren Treibstoffröhre 162 und den Außendurchmesser der inneren Treibstoffröhre 172 gebildet ist, tritt dann in den Treibstoffpumpeneinlaßdurchmesser 76 ein und gelangt durch den Raum zwischen den radialen Flügeln 78, füllt die Ringkammer 146, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben, und der Treibstoff sammelt sich in der Kammer, bis er eine radial innenliegende Stellung erreicht hat, in der er axial längs der Ringfläche 148 in den ringförmigen Hohlraum 86 gelangen kann. Der ringförmige Durchgang 164, der Treibstoff von dem Einlaßdurchgang 64 axial längs der Hauptwelle 12 zu dem Pumpeneinlaßdurchmesser 76 fördert, steht nicht in Verbindung mit dem Innendurchmesser 176 der inneren Treibstoffröhre 172. Dieser Innendurchmesser 172 der Hauptwelle 12 ist getrennt von dem Treibstofftransport und der Pumpeinrichtung, wie er für einige Turbinentriebwerkkonstruktionen wünschenswert ist, als diese zwei oder mehr konzentrische Wellen aufweisen, wobei die inneren Wellen unbelastet von dem Treibstoffsystem sind.

In Fig. 10 ist eine weitere Abwandlung der Treibstofförder- und -pumpeinrichtung nach Fig. 9 dargestellt und umfaßt einen ringförmigen Ablenkring 180, um den Treibstoff abzulenken, der axial längs des ringförmigen Durchgangs 164 in einer vorherrschend radialen Richtung strömt, bevor er in den Treibstoffpumpeneinlaßdurchmesser 76 eintritt. Die Ablenkung des Treibstoffs kann potentiell die Stabilität der Treibstoff-Dampf-Flüssigkeitsverteilung an dem inneren Durchmesser 76 der radialen Flügel 78 verbessern.

Weitere Abwandlungen sind für den Fachmann denkbar, ohne daß von dem Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird, wie er in den Ansprüchen wiedergegeben ist.

Claims (23)

1. Turbinentriebwerk mit folgenden Merkmalen:

• - ein Turbinengehäuse (16);
• - eine Welle (12), die in Lagern (14, 15) des Turbinengehäuses (16) gelagert ist;
• - eine Brennkammer (42), die ringförmig um die Welle (12) angeordnet ist;
• - eine Pump- und Zumeßeinrichtung (62) zur Zufuhr von Brennstoffen in die Brennkammer (42);
• - Einspritzdüsen (58) zur Abgabe des Brennstoffs in die Brennkammern (42);
• - ein Brennstoffzufuhrkanal, der sich von der Pump- und Zumeßeinrichtung (62) zu den Einspritzdüsen (58) erstreckt und einen axialen Abschnitt durch die Welle umfaßt, von dem aus radiale Kanalausbildungen zu den Einspritzdüsen verlaufen,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Pump- und Zumeßeinrichtung (62) außerhalb des Turbinengehäuses (16) angeordnet ist und über einen radialen Brennstoffzufuhrkanalabschnitt (64) mit dem axialen Abschnitt (72) in Verbindung steht, und
daß die radialen Kanalausbildungen als Pumpkanäle zur Druckerhöhung des Brennstoffs ausgebildet sind, um den Brennstoff mit genügendem Druck durch die Einspritzdüsen (58) in die Brennkammer (42) zu fördern.

2. Turbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkanäle durch Zwischenwände (70, 74) der Welle (12) und durch Flügel (78, 118, 108) gebildet werden, die zuströmseitig mit dem axialen Abschnitt (72) und abströmseitig mit einem Ringraum (86) verbunden sind, der die Einspritzdüsen speist.

3. Turbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkanäle derart ausgebildet sind, daß sich ein Brennstoffdamm zwischen Ringraum (86) und axialen Abschnitt (72) des Brennstoffzufuhrkanals ausbildet.

4. Turbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (70, 74) so zueinander geformt sind, daß das Flächenverhältnis in den Pumpkanälen einen vorbestimmten Wert einnimmt.

5. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Pumpkanälen und dem Ringraum (86) eine Einrichtung mit Spalt (94) vorgesehen ist, um den Brennstoffstrom zu den Einspritzdüsen zu steuern.

6. Turbinentriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit Spalt (94) durch ein ringförmiges Gitter (92) gebildet wird.

7. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (108) um Achsen gekrümmt sind, die parallel zur Welle (12) verlaufen.

8. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (78, 108, 118) in radialer Richtung gesehen veränderte Dicke aufweisen.

9. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Pumpkanäle und der Flügel (78, 108, 118) sich in Richtung der Flügelspitzen (80) verjüngen.

10. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (78) zu den Einspritzdüsen (58) fluchten.

11. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (108) jeweils einen Winkel (111, 115) zu der örtlichen radialen Ebene bilden.

12. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (70, 74) der Welle (12) gekrümmt sind und sich auch in Achsrichtung erstreckende Kanäle vorgeben, an denen die Pumpkanäle mit ihren Flügeln (118) beginnen (120).

13. Turbinentriebwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpkanäle an ihrer Auslaßseite (122) radial verlaufen.

14. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (86) axial gegenüber den Flügeln (118) versetzt angeordnet und mit diesen über Kanaleinrichtungen (136, 146) verbunden ist.

15. Turbinentriebwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnete daß daß die Kanaleinrichtungen (146) durch radial nach außen und nach innen reichende Wandvorsprünge (148) in radial äußere und innere Abschnitte gegliedert sind.

16. Turbinentriebwerk nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der radial nach innen reichende Wandvorsprung (148) einen gleich großen oder kleineren Innendurchmesser als der nach außen reichende Wandvorsprung aufweist.

17. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (78, 108, 118) an der einen oder anderen oder beiden Zwischenwänden (70, 74) befestigt sind.

18. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Brennstoffzufuhrkanalabschnitt (64) in einen axial angeordneten Hohlraum (65) einmündet, der mit dem axialen Abschnitt (72, 164) abgedichtet verbunden ist.

19. Turbinentriebwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abschnitt (164) des Brennstoffzufuhrkanals als Ringraum zwischen einer äußeren und inneren Rohrwand (162, 172) ausgebildet ist.

20. Turbinentriebwerk nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der inneren Rohrwand (172) frei von zugeführtem Brennstoff ist.

21. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der äußeren und inneren Rohrwand (162, 172) Stütz- und Lagereinrichtungen (163, 173) vorgesehen sind, von denen die radial äußere Stütz- und Lagereinrichtung (163) radial außen und die radial innere Stütz- und Lagereinrichtung (173) radial innen frei von Brennstoff sind.

22. Turbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablenkeinrichtung (180) am Übergang des axialen Brennstoffzufuhrkanalabschnitts (164) zu den Pumpkanälen vorgesehen ist.