DE1601624B2

DE1601624B2 - Durch Verbrennungsgas betriebene Gasturbinenanlage zum Andrehen von Triebwerken

Info

Publication number: DE1601624B2
Application number: DE1601624A
Authority: DE
Inventors: Thomas Alfred Ilford Essex Oldfield (Ver. Koenigreich)
Original assignee: PLESSEY CO Ltd ILFORD ESSEX (VER KOENIGREICH)
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE1601624A1; GB1201767A; DE1601624C3; US3481145A

Description

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Die Erfindung betrifft eine durch Verbrennungsgas betriebene Gasturbinenanlage zum Andrehen von Triebwerken, bei der ein von einer Hilfsgasturbine angetriebener Kompressor die Verbrennungsluft für eine als Andrehmotor dienende Nutzlastturbine liefert so und welche zusätzlich ständig eine Hilfsvorrichtung des Triebwerks antreibt, deren Leistungsbedarf nur einem Bruchteil der zum Andrehen des Triebwerks erforderlichen Maximalleistung der Nutzlastturbine entspricht.

Es ist bekannt, eine das Andrehmoment eines Triebwerks liefernde Turbine während des normalen Betriebes des Triebwerks auszunutzen, um zu verhindern, daß die Turbine z. B. in einem Luftfahrzeug während des normalen Betriebes des Triebwerks nur ein unausgenutztes totes Gewicht darstellt. Man hat zu diesem Zweck eine Hilfsgasturbine, welche das Andrehen des Triebwerks bewirkt, während des normalen Betriebs des Triebwerks zum Antrieb einer Hilfsvorrichtung, z.B. einer. Brennstoffpumpe verwendet, die ständig mit der Hilfsgasturbine verbunden ist. Nach &5 Beendigung des Andrehvorgangs wird die Hilfsgasturbine von dem Triebwerk getrennt, so daß die Gefahr besteht, daß die Hilfsgasturbine infolge der verminderten Belastung durchgeht. Um dies zu verhindern, sind in der bekannten Anlage umfangreiche Aufwendungen erforderlich.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Anlage zu vereinfachen und zu bewirken, daß nach Beendigung des Andrehvorgangs kein Teil der Anlage außer Kontrolle gerät.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Hilfsvorrichtung ständig mit der in an sich bekannter Weise von derselben Brennkammer wie die mit einem Drehzahlregler versehene Hilfsgasturbine gespeisten Nutzlastturbine gekuppelt ist und daß eine Freilaufkupplung die Nutzlastturbine mit der Hilfsgasturbine kuppelt, wenn das Verhältnis der Drehzahl der Nutzlastturbine zur Drehzahl der Hilfsgasturbine um einen gegebenen Betrag höher ist als das Verhältnis derjenigen Drehzahl, bei welcher das von der Andrehwelle beschleunigte Triebwerk selbständig läuft, zu der geregelten Drehzahl der Hilfsgasturbine, wodurch dann die Nutzlastturbine ohne die Notwendigkeit einer selbständigen Drehzahlregelung mit gegenüber dem Startvorgang verminderter Belastung zum drehzahlgeregelten Antrieb der Hilfsvorrichtung dient.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar ist

F i g. 1 ein Längsschnitt durch eine Ausführung und

F i g. 2 ein Längsschnitt durch eine andere Ausführung der Anlage.

Nach F i g. 1 weist die Anlage eine Hilfsgasturbine 1 auf, welche auf ihrer Welle 2 ein Kompressorrad 3 trägt, welches Luft, die durch einen Einlaß 4 eintritt, einer ringförmigen Brennkammer 5 zuführt, die mit einer Brennstoffeinspritz- und -zündvorrichtung 6 versehen ist. Von dieser Kammer 5 treten die heißen Brenngase in einen ringförmigen Durchlaß 7 ein, wobei sie zuerst auf die Schaufeln 8 der Hilfsgasturbine 1 und dann auf die Schaufeln 9 einer koaxial dazu angeordneten Nutzlastturbine 10 auftreffen, welche eine hohle Welle 11 hat, die von der Welle 2 unabhängig drehbar ist. Diese hohle Welle 11 treibt über ein Untersetzungsgetriebe 12 ein Ausgangszahnrad 13 an, während dieses über eine Freilaufkupplung 14 eine Ausgangswelle 15 antreibt, die koaxial zu den Wellen 2 und 11 angeordnet ist. Die Zufuhr von Brennstoff zu der Brennstoffeinspritzvorrichtung 6 wird durch eine kombinierte Brennstoffpump- und -regeleinrichtung 16 bewirkt und gesteuert. Diese Einrichtung ist auf der Seite der Anlage angebracht, die der Ausgangswelle 15 abgekehrt ist. Zum Antrieb ist die Einrichtung 16 mit der Welle 2 verbunden. Ein elektrischer Hilfsandrehmotor 17, der so dargestellt ist, daß er an der Brennstoffpump- und -regeleinrichtung 16 befestigt ist, steht auch mit der Welle 2 in Verbindung, damit er zu Beginn eines Triebwerkstartvorgangs die Anlage auf ihre Betriebsdrehzahl bringen kann.

Die Anlage hat Mittel zum ständigen Antrieb von Hilfsvorrichtungen des Triebwerks mit einer konstanten oder geregelten Drehzahl, wenn der Andrehvorgang beendet ist. Zu diesem Zweck ist das Ausgangszahnrad 13 so angeordnet, daß es über ein Zahnrad 18 eine Hilfsausgangswelle 19 antreibt, die eine lösbare Kupplung 20 hat. Der Verbindung zwischen der hohlen Welle 11 der Nutzlastturbine 10 und der Welle 2 dient eine zweite Freilaufkupplung 21, die die hohle Welle 11 fest mit der Welle 2 kuppeln kann, wenn die Drehzahl der hohlen Welle so groß wie die Drehzahl der Welle 2 wird.

Ein Nebenluftdurchlaß 22 ermöglicht, daß eine

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begrenzte Menge von Nebenluft von dem Kompressor 3 abgeleitet wird, die während eines Startvorgangs verwendet wird, bevor zusätzliche Luft von dem Kompressor des Triebwerks verfügbar ist.

In F i g. 2 sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Hauptunterschied dieser Ausführung von der nach F i g. 1 besteht darin, daß der mechanische Antrieb der Ausgangswelle 14 durch die Nutzlastturbine 10 durch einen pneumatischen Antrieb ersetzt ist, der einen Leistungskompressor enthält, dessen Rotor 23 fest auf einer Welle 11a der Nutzlastturbine 10 befestigt ist. Dieser Leistungskompressor saugt Luft durch einen Einlaß 24 an und gibt komprimierte Luft über eine Schnecke 25, ein Einwegventil 26 und eine Rohrverzweigung 27 an einen der beiden Luftmotoren 28 bzw. 29 ab, die mit zwei Triebwerken eines Flugzeugs verbunden sind, wobei die Auswahl durch Absperrorgane 30 und 31 vorgenommen wird. Auf diese Weise kann beim Betrieb der Hilfsvorrichtung außerhalb des Andrehvorgangs der durch Luftverwirbelung erzeugte Drehwiderstand des Kompressors 23 vermindert werden.

Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Hilfsausgangswelle 19 mit einem Kegelradpaar 18a mit der Welle lia der Nutzlastturbine 10 verbunden. Die Welle 19 enthält auch eine Kupplung 20, und eine Freilaufkupplung 21a ist zwischen den Wellen 2 und 11 a angeordnet, damit die beiden Wellen gekuppelt werden können, wenn die Drehzahl der Nutzlastturbine 10 größer wird als die Drehzahl der Hilfsgasturbine 1. Wenn gewünscht, kann dem Kompressor 23 Nebenluft entnommen werden und die Belastung durch den leerlaufenden Kompressor 23 nach Beendigung des Andrehvorgangs kann dadurch vermindert werden, daß das einstellbare Drosselventil 32 betätigt wird, welches die Zufuhr von Luft zu dem Kompressor durch den Einlaß 24 auf einen bestimmten Wert begrenzt oder ihn vollständig absperrt, wodurch die dadurch eingesparte Leistung für andere Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise zum Antrieb von hydraulischen Pumpen oder elektrischen Generatoren.

Das Verzweigungsrohr 27 hat einen Nebeneinlaß, der durch ein zweites Einwegventil 36 beherrscht wird, damit das Triebwerk mit Hilfe von komprimierter Luft aus einer getrennten Quelle angedreht werden kann.

Es sind verschiedene Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich. Wenn es insbesondere erwünscht ist, die die Wellen verbindende Freilaufkupplung vor den hohen Temperaturen zu schützen, die an den nebeneinander liegenden Wellenenden auftreten, so kann die Freilaufkupplung in eine Welle eingebaut werden, die außerhalb des Gehäuses der Anlage angebracht ist. In diesem Fall wird das Ende dieser Welle zweckmäßigerweise dazu verwendet werden, um beispielsweise eine Brennstoffnachlaufpumpe für die Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer anzutreiben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

16 Ol Patentansprüche:

1. Durch Verbrennungsgas betriebene Gasturbinenanlage zum Andrehen von Triebwerken, bei der ein von einer Hilfsgasturbine angetriebener Korn- "> pressor die Verbrennungsluft für eine als Andrehmotor dienende Nutzlastturbine liefert und weiche zusätzlich ständig eine Hilfsvorrichtung des Triebwerks antreibt, deren Leistungsbedarf nur einem Bruchteil der zum Andrehen des Triebwerks erforderlichen Maximalleistung der Nutzlastturbine entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung ständig mit der in an sich bekannter Weise von derselben Brennkammer (5) wie die mit einem Drehzahlregler versehene Hilfsgasturbine (1) gespeisten Nutzlastturbine (10) gekuppelt ist und daß eine Freilaufkupplung (21,21a) die Nutzlastturbine (10) mit der Hilfsgasturbine (1) kuppelt, wenn das Verhältnis der Drehzahl der Nutzlastturbine (10) zur Drehzahl der Hilfsgasturbine (1) um einen gegebenen Betrag höher ist als das Verhältnis derjenigen Drehzahl, bei welcher das von der Andrehwelle beschleunigte Triebwerk selbständig läuft, zu der geregelten Drehzahl der Hilfsgasturbine (1), wodurch dann die Nutzlastturbine (10) ohne i*> die Notwendigkeit einer selbständigen Drehzahlregelung mit gegenüber dem Startvorgang verminderter Belastung zum drehzahlgeregelten Antrieb der Hilfsvorrichtung dient.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsübertragung von der Nutzlastturbine (10) zu der Andrehwelle durch einen Luftkompressor (23, 24, 25) erreicht wird, der von der Nutzlastturbine (10) angetrieben wird und einen Luftmotor (28, 29) speist, der mit der Andrehwelle verbunden ist, wobei sich ein Drosselventil (32) in dem Einlaß (24) des Luftkompressors befindet, um beim Betrieb der Hilfsvorrichtung außerhalb des Andrehvorganges den durch Luftverwirbelung erzeugten Drehwiderstand des Kompressors (23) zu vermindern.