DE1426385B2

DE1426385B2 - Kraftübertragungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1426385B2
Application number: DE19641426385
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Wickman, Axel Charles, Sarasota, Fla. (V.St.A.)
Priority date: 1963-12-12
Filing date: 1964-12-11
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3290878A; SE312252B; GB1017714A; DE1426385A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftüber- Zum Verhindern des Ansteigens der Drehzahl der tragungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, Nutzleistungsturbine über die der Verdichterturbine das' eine den Verdichter des Triebwerks antreibende ist nach einem weiteren Merkmal in an sich be-Verdichterturbine und eine Nutzleistungsturbine auf- kannter Weise zwischen der Verdichterturbine und weist, wobei die Verdichterturbine mit dem Ver- 5 der Nutzleistungsturbme ein Zwischenfreilauf vordichter über ein einen Schongang lieferndes Umlauf- gesehen.

rädergetriebe verbunden ist, dessen Reaktionsglied Dieser Zwischenfreilauf wird vorzugsweise zwi-

treibend mit einer Zwischenwelle verbunden ist, und sehen der Zwischenwelle und dem Zahnrad der

wobei ein Ausgangsgetriebe die Zwischenwelle und Zwischenuntersetzung angeordnet,

die Abtriebswelle der Nutzleistungsturbine mit einer io Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der

gemeinsamen Ausgangswelle verbindet. Zeichnung beispielsweise dargestellt, die einen

Bei einer bekannten Kraftübertragungseinrichtung schematischen Axialschnitt durch ein Gasturbinendieser Art wird der Planetenträger des Umlaufräder- triebwerk zeigt, welches eine den Verdichter des getriebes mit derselben Drehzahl wie die Verdichter- Triebwerks antreibende Verdichterturbine und eine turbine angetrieben. Da sich jedoch Planetenträger 15 Nutzleistungsturbine aufweist, die mit einer Ausnicht für eine so hohe Drehzahl auslegen lassen, wie gangswelle verbunden ist, wobei eine Kraftübersie zum optimalen Betrieb von Turbinen erwünscht tragungseinrichtung gemäß der Erfindung verwendet ist, ist bei einer solchen Anordnung die Turbinendreh- wird, über die die Straßenräder eines Kraftfahrzeugs zahl durch die zulässige Höchstdrehzahl des Umlauf- angetrieben werden.

rädergetriebes begrenzt. Das bedeutet, daß bei der be- 20 In der Zeichnung ist das Umlaufrädergetriebe im kannten Einrichtung die Verdichterturbine nicht im ganzen mit A und das Ausgangsgetriebe mit B beoptimalen Drehzahlbereich betrieben werden kann. zeichnet. Das Antriebsglied des Getriebes A ist ein

Ziel der Erfindung ist eine Kraftübertragungs- Planetenträger 10, der von einem Zahnrad 11 ange-

einrichtung der oben erläuterten Art, bei der dieser trieben wird und eine Mehrzahl von Planetenrädern

Nachteil vermieden wird und bei der insbesondere 25 12 trägt, die mit einem ringförmigen Außenrad 13

ein optimaler Betrieb der Turbine ohne Beschrän- und einem Sonnenrad 14 kämmen, welches das Reak-

kung durch die zulässige Höchstdrehzahl des Umlauf- tionsglied des Getriebes A darstellt. Der Verdichter

rädergetriebes möglich ist. 15 ist auf einer in Lagern 17,18 gelagerten Welle 16

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch er- angebracht und mit einem Zahnrad 19 verbunden,

reicht, daß zwischen der Verdichterturbine und dem 30 welches von einem Zahnrad 20 angetrieben wird, das

Antriebsglied des Umlaufrädergetriebes eine Zahn- mit dem ringförmigen Außenrad 13 aus einem Stück

raduntersetzung und zwischen dem Abtriebsglied des besteht.

Umlaufrädergetriebes und dem Verdichter eine Die Verdichterturbine 21 und die Nutzleistungs-

Zahnradübersetzung vorgesehen ist. turbine 22 sind durch rohrförmige Wellen 23, 24 auf

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die 35 der Welle 16 zwischen den Lagern 17 und 18 gelagert Turbine im optimalen Drehzahlbereich gefahren und treiben Zahnräder 25 bzw. 26 an. Auf diese werden kann, ohne daß der Planetenträger seine Weise kann die Verdichterturbine 21 den Planetenzulässige Höchstdrehzahl übersteigt. Der optimale träger 10 über eine Untersetzung 25,11 antreiben, Betrieb des Verdichters wird dadurch sichergestellt, deren Drehzahlverhältnis so gewählt ist, daß die daß die Drehzahl zwischen Umlaufrädergetriebe und 40 maximale Drehzahl der Verdichterturbine die zu-Verdichter wieder durch eine Übersetzung herauf- lässige Höchstdrehzahl des Planetenträgers übergesetzt wird. steigen kann. Die Übersetzung 20,19 zwischen dem

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung Getriebe A und dem Verdichter hat dasselbe Dreh-

können die Drehzahlverhältnisse der Zahnradunter- zahlverhältnis wie die Untersetzung 25,11, so daß

Setzung und der Zahnradübersetzung gleich sein. 45 die Wirkung der Untersetzung auf die Drehzahl des

Nach einem weiteren Merkmal kann zwischen der Verdichters wieder aufgehoben wird.

Verdichterturbine und dem Verdichter in an sich be- Das Zahnrad 20 und das ringförmige Außenrad 13

kannter Weise ein Verdichterfreilauf derart ange- _sj_nd mit einem Lager 27 in einem Gehäuse 28 und

ordnet sein, daß die Drehzahl der Verdichterturbine _mit einer Büchse 29 auf einer Zwischenwelle 30 ge-

die Drehzahl des Verdichters nicht übersteigen kann. 50 lagert, die treibend mit dem Sonnenrad 14 verbunden

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist ist und durch eine Büchse 31 des Zahnrades 11

zwischen der Abtriebswelle der Nutzleistungsturbine hindurchfaßt. Das vom Sonnenrad 14 entfernt

und dem Ausgangsgetriebe eine Zwischenzahnrad- liegende Ende der Zwischenwelle 30 ist mit einem

Untersetzung vorgesehen. Lager 33 in einem Gehäuse 32 gelagert und treibend

Das Ausgangsgetriebe weist vorzugsweise zwei Aus- 55 mit einem Zahnrad 34 verbunden, welches über ein gangszahnraduntersetzungen mit unterschiedlichen Zahnrad 36, das mit dem Zahnrad 34 eine erste Drehzahlverhältnissen auf, von denen die erste Aus- Ausgangsuntersetzung bildet, und einen Ausgangsgangsuntersetzung mit dem größeren Drehzahlver- freilauf 37 mit einer gemeinsamen Ausgangswelle 35 hältnis die Zwischenwelle mit der gemeinsamen Aus- verbunden ist, wobei der Ausgangsfreilauf ermöglicht, gangswelle verbindet und von denen die zweite 60 daß die gemeinsame Ausgangswelle 35 sich schneller Ausgangsuntersetzung mit dem kleineren Drehzahl- als das Zahnrad 36 drehen kann. Die gemeinsame verhältnis das Zahnrad der Zwischenuntersetzung Ausgangswelle 35 liegt in einer Richtung mit der mit der gemeinsamen Ausgangswelle verbindet. Welle 16 und ist im Gehäuse 32 mit einem Lager 38

Zwischen der Zwischenwelle und der gemeinsamen gelagert.

Ausgangswelle ist vorzugsweise im Ausgangsgetriebe 65 Die gemeinsame Ausgangswelle 35 kann weiterhin

ein Ausgangsfreilauf derart angeordnet, daß die vom von der Nutzleistungsturbine 22 über die rohrförmige

Ausgangsgetriebe festgelegte Drehzahl von der Nutz- Welle 24, ein Zahnrad 26, ein drehbar auf der

leistungsturbine überschreitbar ist. Zwischenwelle 30 mittels einer Nabe 40 gelagertes

Zahnrad 39, ein treibend mit dem Zahnrad 39 verbundenes Zahnrad 41 sowie ein Zahnrad 42, das mit dem Zahnrad 41 eine zweite Ausgangsuntersetzung bildet, angetrieben werden, das koaxial fest mit der gemeinsamen Ausgangswelle 35 verbunden ist.

Wenn das Fahrzeug, in dem die beschriebene Kraftübertragungseinrichtung verwendet wird, sich im Stillstand befindet, wobei die Gasturbine noch nicht angelassen ist, wird die gemeinsame Ausgangswelle 35, die mit den Straßenrädern des Fahrzeugs in Verbindung steht, durch den Widerstand des Fahrzeugs gegen eine beginnende Bewegung festgehalten, so daß auch die Zwischenwelle 30 und das Sonnenrad über die erste Ausgangsuntersetzung 34, 36 festgehalten werden.

Wenn die Gasturbine angelassen wird, wird die Verdichterturbine 21 den Verdichter 15 über die Untersetzung 25,11 und die Übersetzung 20,19 mit einer einem Schongang entsprechenden Übersetzung antreiben, ohne daß dabei die Drehzahl des Planetenträgers 10 über die sichere Mäximaldrehzahl ansteigt. Das Reaktionsdrehmoment am Sonnenrad 14 wird auf die Straßenräder des Fahrzeugs über die Zwischenwelle 30, die Zahnräder 34 und 36 und den Ausgangsfreilauf 37 übertragen. Gleichzeitig wird auch das an der Nutzleistungsturbine 22 erzeugte Drehmoment über die Untersetzung 26, 39 und die zweite Ausgangsuntersetzung 41, 42 auf die Straßenräder übertragen.

Das Reaktionsdrehmoment an der gemeinsamen Ausgangswelle 35 steigt an, wenn die Drehzahl der Verdichterturbine 21 zunimmt, so daß sich das Fahrzeug vom Stillstand aus beschleunigt. Sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunimmt, werden die Drehzahlen der Zwischenwelle 30 und der Nabe 40 wegen der Unterschiede in den Drehzahlverhältnissen der beiden Ausgangsuntersetzungen 34, 36 und 41, 42 differentiell zunehmen. Wenn beispielsweise das Drehzahlverhältnis der ersten Ausgangsuntersetzung 34,36 1:3 und das der zweiten Ausgangsuntersetzung 41, 42 1: 1,5 beträgt, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wird sich die Nabe 40 mit der halben Drehzahl der Zwischenwelle 30 drehen. Es ist klar, daß bei einer Beschleunigung der Zwischenwelle 30 auch das Sonnenrad 14 beschleunigt wird, so daß die Schon- oder Schnellgangübersetzung zum Verdichter 15 langsam geringer wird, bis der Verdichter mit der gleichen Drehzahl wie die Verdichterturbine umläuft. Sobald dieses eintritt, wird durch einen Verdichterfreilauf 43 das Sonnenrad 14 mit dem ringförmigen Außenrad 13 verriegelt, so daß verhindert wird, daß die Drehzahl der Verdichterturbine 21 über die Drehzahl des Verdichters 15 ansteigt.

Wenn diese Verriegelung durch den Verdichterfreilauf 43 stattgefunden hat, wird die Zwischenwelle 30 mit der gleichen Drehzahl wie das Zahnrad 11 angetrieben, dessen Drehzahl durch die Drehzahl der Verdichterturbine 21 und die Untersetzung 25,11 bestimmt ist, die nach der Zeichnung beispielsweise 5 :1 betragen kann. Da das Drehzahlverhältnis der Zahnräder 26 und 39 ebenfalls 5:1 beträgt und die Nabe 40 mit der halben Drehzahl der Zwischenwelle 30 umläuft, wie es oben erläutert wurde, wird die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 22, wenn auch die Drehzahl der Verdichterturbine zugenommen hat, nur so weit zunehmen, daß sie die Hälfte der Drehzahl der Verdichterturbine 21 beträgt.

Die abgegebene Leistung der Verdichterturbine 21 wird demnach auf den Verdichter 15 und die gemeinsame Ausgangswelle 35 aufgeteilt, während die Leistungsabgabe der Nutzleistungsturbine 22 vollständig auf die gemeinsame Ausgangswelle 35 übertragen wird. Wenn jedoch die Drehzahl des Verdichters 15 zunimmt, benötigt er einen größeren Anteil der Leistung der Verdichterturbine 21, und die Nutzleistungsturbine 22 liefert einen größeren Anteil der auf die gemeinsame Ausgangswelle 35 übertragenen Leistung. Eventuell kann die Nutzleistungsturbine 22 so viel Leistung abgeben, daß der Ausgangsfreilauf 37 zur Wirkung kommt, so daß die gesamte von der gemeinsamen Ausgangswelle 35 abgegebene Leistung von der Nutzleistungsturbine 22 geliefert wird und der Verdichter 15 die gesamte abgegebene Leistung der Verdichterturbine 21 erhält, wobei das Reaktionsmoment am Sonnenrad 14 durch den Verdichterfreilauf 43 auf das Zahnrad 20 übertragen wird. Wenn der Ausgangsfreilauf 37 wirksam zu werden beginnt, wird die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 22 auf einen Wert ansteigen, der oberhalb der Hälfte der Drehzahl der Verdichterturbine 21 liegt. Ein weiterer Zwischenfreilauf 44 ist zwischen der Zwischenwelle 30 und der Nabe 40 vorgesehen, um zu verhindern, daß die Nabe schneller umläuft als die Zwischenwelle 30, wodurch gleichzeitig verhindert wird, daß die Drehzahl der Nutzleistungsturbine 22 die Drehzahl der Verdichterturbine 21 übersteigen kann.

Wenn durch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs das Triebwerk überholt wird, wird der Ausgangsfreilauf 37 zur Wirkung kommen, während der Verdichterfreilauf 43 und der Zwischenfreilauf 44 sperren, so daß der Verdichter 15 über die Zahnräder 19, 20, 41 und 42 von der gemeinsamen Ausgangswelle 35 angetrieben wird. Auf diese Weise verhindert die Leistung, die zum Antrieb des Verdichters 15 erforderlich ist, ein Bremsen des Triebwerks, und der zwangsweise Antrieb der beiden Turbinen 21 und 22 sowie des Verdichters 15 verhindert, daß die Gasturbine zum Pumpen kommt, während das Fahrzeug das Triebwerk überholt und die Verdichterturbine nur Leerlaufleistung abgibt.

Wenn es gewünscht wird, kann das Ausgangsgetriebe B in irgendeiner bekannten Weise so abgewandelt werden, daß es einen Rückwärtsgang liefert.

Claims

Patentansprüche;

1. Kraftübertragungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, das eine den Verdichter des Triebwerks antreibende Verdichterturbine aufweist, wobei die Verdichterturbine mit dem Verdichter über ein einen Schongang lieferndes Umlaufrädergetriebe verbunden ist, dessen Reaktionsglied treibend mit einer Zwischenwelle verbunden ist, und wobei ein Ausgangsgetriebe die Zwischenwelle und die Abtriebswelle der Nutzleistungsturbine mit einer gemeinsamen Ausgangswelle verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdichterturbine (21) und dem Antriebsglied (10) des Umlaufrädergetriebes (A) eine Zahnraduntersetzung (25, 11) und zwischen dem Abtriebsglied (13) des Umlaufrädergetriebes und dem Verdichter (15) eine Zahnradübersetzung (20,19) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Drehzahlverhältnisse der Zahnraduntersetzung (25,11) und der Zahnradübersetzung (20,19) gleich sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verdichterturbine (21) und dem Verdichter (15) in an sich bekannter Weise ein Verdichterfreilauf (43) derart angeordnet ist, daß die Drehzahl der Verdichterturbine (21) die Drehzahl des Verdichters (15) nicht übersteigen kann.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abtriebswelle (24) der Nutzleistungsturbine (22) und dem Ausgangsgetriebe (B) eine Zwischenzahnraduntersetzung (26, 39) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsgetriebe (B) zwei Ausgangszahnraduntersetzungen (34, 36; 41, 42) mit unterschiedlichem Drehzahlverhältnis aufweist, von denen die erste Ausgangsuntersetzung (34, 36) mit dem größeren Drehzahlverhältnis die Zwischenwelle (30) mit der gemeinsamen Ausgangswelle (35) verbindet und von denen die zweite Ausgangsuntersetzung (41,42) mit dem kleineren Drehzahlverhältnis das Zahnrad (39) der Zwischenuntersetzung mit der gemeinsamen Ausgangswelle (35) verbindet.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zwischenwelle (30) und der gemeinsamen Ausgangswelle (35) im Ausgangsgetriebe (B) ein Ausgangsfreilauf (37) derart angeordnet ist, daß die vom Ausgangsgetriebe (B) festgelegte Drehzahl von der Nutzleistungsturbine (22) überschreitbar ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verhindern des Ansteigens der Drehzahl der Nutzleistungsturbine (22) über die der Verdichterturbine (21) in an sich bekannter Weise zwischen der Verdichterturbine und der Nutzleistungsturbine ein Zwischenfreilauf (44) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenfreilauf (44) zwischen der Zwischenwelle (30) und dem Zahnrad (39) der Zwischenuntersetzung angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen