DE1190737B - Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

• Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk mit unabhängig voneinander drehbar gelagerten Laufrädern, die radial innen transsonisch oder supersonisch ausgelegte Luftverdichterschaufeln, radial außen Gasturbinenschaufeln und dazwischen die Luftverdichterströmung gegen die zu ihr entgegengesetzt gerichtete Gasturbinenströmung abdeckende koaxiale Ringe tragen, ferner mit am Ende des Verdichterkanals unmittelbar hinter dem Verdichter angeordneter Brennkammer, die in den Turbinenkanal mündet, hinter dem die Treibgase noch einmal um 180° in den Schubkanal des ersten Triebwerkskreises umgelenkt werden, so daß die Verdichterluftströmung und die Schubkanalströmung gleichgerichtet sind, wobei hinter dem Triebwerk ein zusätzliches Laufrad fliegend gelagert ist, das radial innen Turbinenschaufeln und radial außen Gebläseschaufeln trägt, die im Strömungskanal des zweiten Schubkreises des Triebwerkes laufen.
• Bei Gasturbinentriebwerken der vorerwähnten Art ist es bekannt, die den Turbinenkanal für die Verdichterantriebsturbinen verlassenden Treibgase durch die feststehenden Eintrittsleitschaufeln des zweiten Schubkreises radial nach außen zu führen und dann um 180° umzulenken, so daß der Schubkanal des ersten Kreises radial außen liegt, während der Schubkanal des zweiten Triebwerkskreises, also der Gebläseschubkreis. sich radial innerhalb des Schubkanales des ersten Triebwerkskreises befindet. Die Schubgebläseschaufeln sitzen dabei in mehreren Reihen auf einem Läufer, der radial innen Turbinenschaufelreihen trägt, die ebenfalls in dem an die Brennkammer anschließenden Turbinenkanal laufen. Der Schub- ebläseläufer erstreckt sich daher im bekannten Fall über eine große axiale Länge des Triebwerks und nur sein radial innerer Teil, über dessen aasdynamische Funktion nichts ausgesagt ist, liegt unmittelbar vor der Brennkammer.
• Die bekannte Triebwerksausführung ist durch ihre verhältnismäßig große axiale Länge, insbesondere bedingt durch die Ausbildung des Schubgebläseläufers, für verschiedene Verwendungszwecke nicht brauchbar. Außerdem bringt der Umstand, daß auch die Turbinenschaufeln (Antriebsschaufeln) des Schubgebläserades im Turbinenkanal des Gaserzeugers laufen, Schwierigkeiten in der Bewältigung der hierbei auftretenden gasdynamischen Probleme mit sich, die zu Wirkungsgradverschlechterungen führen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausführung besteht darin, daß sich der Gebläseluftstrom des zweiten Kreises und der heiße Brenngasstrom des ersten Kreises bzw. deren Kanäle gegenseitig durchdringen, d. h., das Leiten des heißen Brenngasstromes durch die Tragarme bzw. Stützrippen ist strömungstechnisch außerordentlich verlustreich und bringt zudem in der Praxis fast unlösbare Schwierigkeiten im Hinblick auf die erforderlichen lichten Querschnitte der Tragarme bzw. Stützrippen mit sich. Schließlich ist es für Turbomaschinen im allgemeinen und für einen schnellaufenden Verdichter mit hohen Anströmmachzahlen, die mit Rücksicht auf das Triebwerksgewicht bei Hubtriebwerken angewandt werden müssen, im besonderen sehr ungünstig, wenn unmittelbar vor dem Eintritt in das Laufrad dicke Rippen angebracht sind wie bei der bekannten Ausführung.
• Bei einem anderen bekannten Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk durchdringt die Fortsetzung des Verdichterkanales den Turbinenkanal bzw. den Schubkanal des ersten Triebwerkskreises, in dem die Verdichterantriebsturbine und die Turbinenbeschaufelung des Schubgebläserades laufen. Durch den zur Brennkammer führenden Krümmer des Verdichterluftkanals wird im besonderen die Brenngasströmung vor der Turbinenbeschaufelung des Gebläseschubrades empfindlich gestört. Außerdem gelten für diese Triebwerke zum großen Teil auch die im Zusammenhang mit der erstgenannten bekannten Ausführung dargelegten Nachteile. Weitere Nachteile der bekannten @Triebwerke, bei denen die vom angeordnete Brennkammer den Verdichter umhüllt und das Schubgebläserad am Ende des Triebwerks vorgesehen ist, bestehen darin, daß die hinter dem Verdichter radial nach außen geführte Verdichterluft am Eingang der Brennkammer wieder in radialer Richtung entgegen der Fliehkraftwirkung nach innen gezwungen wird, was ebenfalls mit Wirkungsgradverlusten verbunden ist.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile wird gemäß der Erfindung bei einem Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, in dem Raum, der von der Brennkammer umschlossen ist, die Nabe des Schubgebläserades zu lagern, dessen Turbinenschaufeln in an sich bekannter Weise in dem gegenüber dem radial äußeren Gebläseschubkanal innen liegenden Schubkanal des ersten Triebwerkskreises laufen.
• Ferner wird in Verbindung mit diesem Hauptmerkmal der Erfindung vorgeschlagen, in dem vor den Schubgebläseschaufeln liegenden Raum an sich bekannte verstellbare Vorleitschaufeln zur Ausrichtung der einströmenden Luft für den Gebläseschubkreis und im Raum hinter den Schubgebläseschaufeln an sich bekannte verstellbare Nachleitschaufeln zum Richten der Schubströme beider Schubkreise vorzusehen. Weiter sind im Rahmen der Erfindung in dem Raum, der von den verstellbaren Nachleitschaufeln umschlossen ist, Hilfsaggregate des Triebwerks angeordnet. Ein selbständiger Schutz wird für diese Merkmale (Ansprüche 2 und 3) nicht begehrt.
• Die Herausnahme des Antriebes bzw. der Turbinenschaufeln des Schubgebläserades aus dem Bereich des Gaserzeugers, d. h. aus dem Turbinenkanal des ersten Triebwerkskreises, ermöglicht bei Zweikreistriebwerken eine bessere Abstimmung der gasdynamischen Vorgänge aufeinander, wodurch der Gesamtwirkungsgrad verbessert wird. Die vorgeschlagene Bauweise erlaubt außerdem extrem große Bypaßverhältnisse, weil das Verhältnis zwischen dem inneren Durchmesser der Turbine des Gebläseschubrades und dem Außendurchmesser des Gebläseschubkanales relativ groß ist; dadurch wird die aerodynamische Belastung der Turbine klein gehalten. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß durch die Erfindung unter Vermeidung der den bekannten Triebwerksausführungen anhaftenden Nachteile eine räumlich gedrängte und wirkungsgradmäßig verbesserte Bauart geschaffen wird, die sich vor allen Dingen für den Einbau als Hubtriebwerk in Flugzeuge eignet.
• In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, ist ein Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk im Längsschnitt gezeigt.
• Auf einer im Maschinengehäuse feststehenden Achse 11 sind einzelne Laufräder a, b unabhängig voneinander drehbar gelagert, die radial innen Luftverdichterschaufeln 12, radial außen Turbinenschaufeln 13 und dazwischen die Luftverdichterströmung 14 gegen die zu ihr entgegengesetzt gerichtete Gas-turbinenströmung 15 abdeckende koaxiale Ringe 16 tragen. Am Ende des Luftverdichterkanales 17 liegt die Brennkammer 18, innerhalb der bzw. nach der die heißen Treibgase um 180° umgeselenkt werden und in den Verdichterturbinenkanal 19 einströmen, wo sie die Gasturbinenströmung 15 bilden, welche die beiden Laufräder a und b antreibt. Nach dem Turbinenkana119 werden die Treibgase noch einmal um 180° umgelenkt und gelangen dann in den Schubkana121, aus dem sie unter Schuberzeugung (erster Schubkreis) ins Freie austreten.
• örtlich nach der Brennkammer 18 am Ende des Triebwerkes ist ein weiteres Laufrad, das Schubgebläselaufrad c, fliegend gelagert angeordnet, mit Lagerung seiner Nabe 20 in dem Raum, der von der Brennkammer 18 ümschlossen wird. Radial außen trägt das Laufrad c Gebläseschaufeln 27, die im Schubgebläsekanal 22 (zweiter Schubkreis) laufen. Angetrieben wird das Laufrad c durch im Schubkanal 21 vorgesehene Turbinenschaufeln 23, die von den hier strömenden Treibgasen beaufschlagt werden.
• In dem vor den Gebläseschaufeln 27 liegenden Raum sind verstellbare Vorleitschaufeln 28 zur Steuerung der in den Schubkanal 22 einströmenden Luft 29 und im Raum nach den Schaufeln 27 verstellbare Nachleitschaufeln 30 zum Steuern der beiden Schubströme 31 und 32 vorgesehen. Im freien Raum, der von den Nachleitschaufeln 30 umschlossen wird, sind Hilfsaggregate 33 angeordnet.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk mit unabhängig voneinander, drehbar gelagerten Laufrädern, die radial innen transsonisch oder supersonisch ausgelegte Luftverdichterschaufeln, radial außen Gasturbinenschaufeln und dazwischen die Luftverdichterströmung gegen die zu ihr entgegengesetzt gerichtete Gasturbinenströmung abdeckende. koaxiale Ringe tragen, ferner mit am Ende des Verdichterkanals, unmittelbar hinter dem Verdichter angeordneter Brennkammer, die in den Turbinenkanal mündet, nach dem die Treibgase noch einmal um l80° in den Schubkanal des ersten Triebwerkskreises umgelenkt werden, so daß die Verdichterluftströmung und die Schubkanzlströmung gleichgerichtet sind, wobei hinter dem Triebwerk ein zusätzliches Laufrad fliegend gelagert ist, das radial innen Turbinenschaufeln und radial außen Gebläseschaufeln trägt, die im Strömungskanal des zweiten Schubkreises des Triebwerkes laufen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum, der von der Brennkammer (18) umschlossen ist, die Nabe (20) des Schubgebläserades (c) gelagert ist, dessen Turbinenschaufeln (23) in an sich bekannter Weise in dem gegenüber dem radial äußeren Gebläseschubkanal (22) innenliegenden Schubkanal (21) des ersten Triebwerkskreises laufen.
2. 2. Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vor den Schubgebläseschaufeln (27) liegenden Raum an sich bekannte, verstellbare Vorleitschaufeln (28) zur Steuerung der einströmenden Luft (29) für den Gebläseschubkreis und im Raum nach den Schubgebläseschaufeln (27) an sich bekannte verstellbare Nachleitschaufeln (30) zum Steuern der Schubströme (31 und 32) beider Schubkreise vorgesehen sind.
3. 3. Zweikreis-Gasturbinenstrahltriebwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum, der von den verstellbaren Nachleitschaufeln (30) umschlossen ist, Hilfsaggregate (33) des Triebwerks angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 1284 307, 1274 606; britische Patentschrift Nr. 585 345; B. Eckert und E. Schnell, »Axial- und Radialkompressoren«, 2. Aufl., Springer-Verlag, Berlin 1961, S. 167.