DE3828834C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Turbotriebwerk mit einer Gasturbine, die Propeller- oder Propfanrotoren über ein Reduziergetriebe antreibt, bei dem das Reduziergetriebe ein eigenes aus Ölkühler, Ölpumpe und Öl­ tank bestehendes Schmierölsystem aufweist, und der Ölkühler mittels eines Gebläserades von Kühlluft beaufschlagbar ist.

Ein gattungsgemäßes Turbotriebwerk ist beispielsweise aus der nachveröffentlichten DE-OS 37 14 990 bekannt, bei dem zur Abführung der beträchtlichen Verlust­ wärmemengen des Reduziergetriebes ein geeignetes Getriebeöl-Rückkühl­ system als kompakte Einheit angeordnet ist. Die Funktionsfähigkeit dieses Kühlsystems hängt dabei wesentlich von der Gewährleistung einer in allen Betriebszuständen des Triebwerks zuverlässigen Kühlluftver­ sorgung des Ölkühlers ab. Nachteilig bei dieser Ausführung wirkt sich insbesondere aus, daß im Leerlauf oder bei Betrieb am Boden bereits eine erhebliche Energieumsetzung erfolgt, die mit einer beträchtlichen Wärmeentwicklung verbunden ist, jedoch der Ölkühler nur ungenügend von Kühlluft beaufschlagbar ist.

Die DE-OS 21 48 755 offenbart ein gattungsgemäßes Turbotriebwerk, bei dem ein Ölkühler in einem Zwischengehäusering im Hauptströmungskanal angeordnet ist, wobei die Fanschaufeln des Triebwerkes den Ölkühler beaufschlagen. Diese Anordnung weist lange Leitungswege vom Ölkühler zum Getriebe auf, was einerseits durch die erforderliche Pumpleistung eine Wirkungsgradverschlechterung bewirkt, und außerdem einen hohen Wartungsaufwand (Unterbrechung der Leitungen) und eine Gefährdung durch die exponierte Lage mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlluftversorgung zu ermög­ lichen, die in allen Betriebspunkten des Triebwerks eine ausreichende und zuverlässige Ölkühlerbelüftung bei gleichzeitig geschützter und kompakter Anordnung garantiert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Bereitstellung des erforder­ lichen Kühlluftsatzes durch ein zusätzliches Kühlluftgebläse unter­ stützt wird. Die erzielbare Förderleistung wird dabei im wesentlichen durch die Drehzahl der Antriebswelle und den gewählten Außendurchmes­ ser des Gebläserades bestimmt. Hierdurch wird eine ausreichende Kühl­ luftversorgung auch unter extremen Betriebszuständen, bei nur geringem Überdruck am Kühlluft-Strömungskanaleintritt bereit gestellt. Dies tritt beispielsweise beim Umkehrschub nach Landen eines Flugzeuges auf, insbesondere dann, wenn die Schubumkehr durch Fanschaufelverstel­ lung erfolgt.

Der Ölkühler kann vorteilhafterweise für erhöhte Kühlluftdruckverluste und somit kleiner und leichter ausgelegt werden. Gleichzeitig kann dadurch eine Reduzierung der erforderlichen Kühlluft erzielt werden, wodurch nachteilige Einflüsse auf den Triebwerksprozeß reduzierbar sind.

Die Anzahl und Größe der Kühlluftdurchführung dienenden Streben im Verdichtereinlauf können aufgrund der höheren zulässigen Druckverluste verringert werden, wodurch eine günstigere Strömungsführung im Einlauf der Gasturbine erzielbar ist. Darüber hinaus können ebenfalls auf Grund der höheren zulässigen Druckverluste die Strömungsquerschnitte im Kühlluftkanal verringert werden. Hierdurch wird zusätzlicher Bau­ raum im Nabengehäuse frei.

Durch die direkt ohne Zwischengetriebe mit der Welle verbundene Anord­ nung wird eine kompakte und relativ einfache Bauchweise für die Ein­ gliederung der Gebläsestufe ermöglicht. Darüber hinaus ist aufgrund eines fehlenden Zwischengetriebes ein äußerst wartungsfreundlicher Betrieb des Gebläserades gewährleistet.

Das Gebläserad kann aufgrund der relativ geringen thermischen mecha­ nischen Belastung in Leichtbauweise, unter Verwendung leichter, nied­ rig vergüteter Werkstoffe (z. B. Al-Legierungen) hergestellt werden. Die mit dem Radialrad verbundene Gewichtszunahme wird dadurch auf ein Mindestmaß reduziert, ebenso die resultierenden Trägheitskräfte, welche das dynamische Ansprechverhalten der Propfanstufen beeinträch­ tigen.

Der Kühlluftströmungskanal ist im Axialschnitt U-förmig ausgebildet, wobei er sich von am Nabenaußenumfang liegenden Ansaugöffnungen nach radial innen erstreckt, im Bereich der Krümmung das Gebläserad ange­ ordnet ist und der Kühlluftströmungskanal sich wieder nach radial außen erstreckt. Dies ermöglicht eine kompakte und strömungsgünstige Anordnung.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist das Gebläserad als Radialgebläserad ausgeführt, womit bei größtmöglicher Kompaktheit eine hohe Druckdifferenz erzielbar ist.

In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung mündet der Kühlluft­ strömungskanal über hohle Stützrippen des Gasturbinen-Einlaufkanales in einen Außengehäuseraum. Hierdurch wird verhindert, daß die Warmluft zu einer Beeinflussung der Gasturbinenparameter (Erhöhung der Hoch­ druckverdichtereintrittstemperatur) führt. In alternativer Ausführung ist der Kühlluftströmungskanal über einer Anzahl an der Austrittskante offener hohler Stützrippen mit dem Gasturbinen-Einlaufkanal strömungs­ mäßig verbunden. Wenngleich hierdurch eine Beeinflussung der Gasturbi­ nenparameter verbunden ist, so kann hierbei die durch die Gebläsestufe erzeugte Druckerhöhung für den Antrieb genutzt werden, und die entnom­ mene Kühlluft wieder nutzbringend dem Triebwerksprozeß zugeführt werden.

Vorzugsweise sind die Ansaugöffnungen als zylinderabschnittartige Gittersiebe ausgebildet, die über den Nabenumfang angeordnet sind. Hierdurch ist eine strömungsmäßig günstige Nabenaußenkontur im Bereich vor dem Gasturbinen-Einlaufkanal erzielbar. Vorteilhafterweise ist innerhalb der Gittersiebe eine zweite konzentrische Gittersiebreihe angeordnet, wobei durch die Versetzung der inneren Gittersiebreihe der Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals veränderbar ist. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Regelung des Kühlluftdurchsatzes erzielbar. Gleichzeitig können in dieser Anordnung im Teillastbereich, bei redu­ zierter Kühlluftentnahme ungünstige Rückwirkungen auf die Kerntrieb­ werkseinlaufströmung vermieden werden.

Eine alternative Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die An­ saugöffnungen des Kühlluftströmungskanals im inneren des Gasturbinen­ einlaufkanals angeordnet sind, das Gebläserad in Strömungsrichtung vor dem Ölkühler angeordnet ist, und der Kühlmittelströmungskanal stromab des Ölkühlers mit Enteisungsleitungen verbunden ist. Auf diese Weise kann die im Ölkühler aufgeheizte Kühlluft zur Enteisung der Nabe, beispielsweise des Spinners oder der nabennahen Propfanschaufel Ab­ schnitte verwendet werden. Vorzugsweise ist der Kühlluftströmungskanal mit unter einer Außenhaut zum Nasenbereich verlaufenden Enteisungska­ nälen verbunden, die regelmäßig verteilte Auslaßöffnungen aufweisen. Durch die ausströmende Kühlluft ist auf diese Weise eine Vereisung des Nabenabschnittes zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich ist der Kühlluftströmungskanal mit Enteisungskanälen an Propfanschaufelvorder­ kanten verbunden, wodurch ebenfalls deren Vereisung verhindert werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist das Gebläserad von der Welle abkoppelbar, wodurch im Falle ausreichenden Staudruckes beispielsweise im Flug die Ventilationsarbeit für das Gebläserad ent­ fallen kann. Die Abkopplung geschieht mittels bekannter Maschinenele­ mente, beispielsweise mittels lösbaren Reibschlusses oder sonstiger Kupplungen.

Alternativ ist ein Sperrschieber in den Kühlluftströmungskanal ein­ schiebbar, wodurch der Kühlluftdurchsatz bzw. die Ventilationsarbeit des Gebläserades regelbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch den vorderen Bereich eines Propfan-Turbotriebwerkes,

Fig. 2 einen Teilausschnitt des Propfan-Turbotriebwerkes mit zwei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 3 einen Teilaxialschnitt einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

Das in Fig. 1 gezeigte Turbotriebwerk 1 besteht im wesentlichen aus zwei Reihen über dem Umfang verteilter Propfanschaufeln 9, 10, die entgegengesetzt drehend mit einem Reduziergetriebe 3 gekoppelt sind. Das Reduziergetriebe 3 ist über die Welle 4 mit einer nicht näher dargestellten Gasturbine 2 verbunden, welche die Propfanschaufeln 9 bis 10 antreibt. Die Gasturbine 2 wird über den Gasturbinen-Einlauf­ kanal 11 mit Frischluft versorgt. Zwischen der hinteren Propfanschau­ felreihe 10 und dem Gasturbinen-Einlaufkanal 11 sind über dem Umfang verteilte Ansaugöffnungen 8 des Kühlluftströmungskanales 6 vorgesehen, über die Kühlluft dem Ölkühler 7 zugeführt wird. Stromab des Ölkühlers 7 ist ein auf der Welle 4 angeordnetes Gebläserad 5 vorgesehen, welches dem Kühlluftstrom über einer Anzahl hohler Stützrippen 12 einem Außengehäuseraum 13 zuführt.

In Fig. 2 sind zwei alternative Ausführungsformen gezeigt. In der oberhalb der Mittelachse 14 gezeigten Ausführung ist das Gebläserad 5 als einstufiges Axialgebläserad ausgebildet, das auf der Welle 4 ange­ ordnet ist. Die Ansaugöffnungen 8 sind als zylinderabschnittartige Gittersiebe 15 ausgebildet, innerhalb derer eine zweite konzentrische Gittersiebreihe 16 angeordnet ist, wobei durch Versetzung einer der Gittersiebreihen in axialer oder Umfangsrichtung der Öffnungsquer­ schnitt des Strömungskanals veränderbar ist. Der Kühlluftströmungska­ nal 6 mündet in einer Anzahl hohler Stützrippen 17, deren Austrittskante 18 offen ist, so daß der Kühlluftströmungskanal 6 mit dem Gasturbinen- Einlaufkanal 11 verbunden ist, so daß die Kühlluft aus dem Kühlluft­ strömungskanal 6 der angesaugten Frischluft im Gasturbinen-Einlauf­ kanal 11 zugemischt wird.

Bei der in Fig. 2 unterhalb der Mittelachse 14 gezeigten Ausführung ist das Gebläserad 5 als Radialgebläse ausgebildet, wobei zwischen dem Ölkühler 7 und dem Gebläserad 5 in den Strömungskanal 6 ein Sperr­ schieber 19 zur Veränderung des Kühlluftdurchsatzes einschiebbar ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist Ansaugöffnungen 8 auf, die im Gasturbineneinlaufkanal 11 ein Teil der angesaugten Luft abzweigen und dem Gebläserad 5 zuführen. Stromab des Gebläserades 5 ist der Ölkühler 7 im Strömungskanal 6 vorgesehen, und stromab des Ölkühlers 7 ist der Kühlluftströmungskanal 6 mit Enteisungsleitungen 20 verbunden. Diese sind unter der Außenhaut 21 bis zum Nasenbereich 22 des Propfan-Turbotriebwerkes 1 vorgezogen, wobei über regelmäßig verteilte Auslaßöffnungen 23 ein Teil des Kühlmittelstromes nach außen gelangt. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlluftströmungskanal 6 auch mit Enteisungskanälen 24 an die Propfanschaufel-Vorderkanten 25 verbunden sein.

Claims (11)

1. Turbotriebwerk mit einer Gasturbine, die Propeller- oder Propfanrotoren über ein Reduziergetriebe antreibt, bei dem das Reduziergetriebe ein eigenes aus Ölkühler, Öl­ pumpe und Öltank bestehendes Schmierölsystem aufweist, und der Ölkühler mittels eines Gebläserades von Kühlluft beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ölkühler (7) ein eigenes Gebläserad (5) zugeordnet ist, welches zwischen Gasturbine (2) und Reduziergetriebe (3) auf der Welle (4) angeordnet ist, wobei dessen Kühlluftströmungskanal (6) im Axialschnitt U-förmig ausgebildet ist, und das Gebläserad (5) im Bereich der Kanalkrümmung angeordnet ist.

2. Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (5) ein Radialgebläserad ist.

3. Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (5) ein einstufiges Axialgebläserad ist.

4. Turbotriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (5) in Strömungsrichtung hinter dem Ölkühler (7) angeordnet ist.

5. Turbotriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftströmungskanal (6) über hohle Stützrippen (12) des Gasturbineneinlaufkanals (11) in einen Außengehäuseraum (13) mündet.

6. Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftströmungskanal (6) über eine Anzahl an der Austrittskante (18) offene, hohle Stützrippen (17) mit dem Gasturbineneinlaufkanal (11) strömungsmäßig verbunden ist.

7. Turbotriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (8) als zylinderabschnittartige Gittersiebe (15) ausgebildet sind, die über den Nabenumfang verteilt sind.

8. Turbotriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Gittersiebe (15) eine zweite konzentrische Gittersiebreihe (16) angeordnet ist, wobei durch die Versetzung einer der Gittersiebreihen (15, 16) der Öffnungsquerschnitt des Strömungskanals (6) veränderbar ist.

9. Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (8) des Kühlluftströmungskanales (6) im inneren des Gasturbineneinlaufkanales (11) angeordnet sind, das Gebläserad (5) in Strömungsrichtung vor dem Ölkühler (7) angeordnet ist, und der Kühlmittelströmungskanal (6) stromab des Ölkühlers (7) mit Enteisungsleitungen (20) verbunden ist.

10. Turbotriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (5) von der Welle (4) abkoppelbar ist.

11. Turbotriebwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sperrschieber (19) in den Kühlluftströmungskanal (6) einschiebbar ist.