DE1800927A1 - Beschaufelte,umlaufende Stroemungsmaschine,z.B.Geblaese-Hubtriebwerk - Google Patents

Beschaufelte,umlaufende Stroemungsmaschine,z.B.Geblaese-Hubtriebwerk

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DE1800927A1 DE19681800927 DE1800927A DE1800927A1 DE 1800927 A1 DE1800927 A1 DE 1800927A1 DE 19681800927 DE19681800927 DE 19681800927 DE 1800927 A DE1800927 A DE 1800927A DE 1800927 A1 DE1800927 A1 DE 1800927A1
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Description

Piteiitanwilte 1 1 Ö £
JiK1Je-^WeIhCh ^.Oktober 1966
DIpf. fng. G. Koch Or. T. Haibsch 1800927
8 München 2
Kaufingerair. 8, Tel. 240275
ROLLS-ROYCE LIMITED Derby, Derbyshire, England
Beschaufelte, umlaufende Str'draungsma schine, z.B. Λ
Gebläse-Hubtriebwerk
Die Erfindung betrifft eine umlaufende, beechaufelte Strömungsmaschine, wie z.B. ein Gebläee-Hubtriebwerk.
Der in der folgenden Beschreibung benutzte Ausdruck "Hubtriebwerk" bedeutet ein Triebwerk, welches an einem Flugzeug Hubkräfte erzeugen kann, die von den aerodynamisch beim Marschflug des Flugzemgs erzeugten HubrkMften unabhängig sind.
Die Erfindung-betrifft eine umlaufende, beschaufelte Strömungsmaschine mit einem im wesentlichen zylindrischen, festen, äusseren Gehäuse, einer im wesentlichen axial liegenden, umlaufenden Welle, die im Abstand vom Kusseren festen Qehftuse in diesem angeordnet ist und in eine» ersten Lager gelagert ist, welches sich Über im wesentlichen radiale Streben am äusseren Gehäuse abstutzt, wobei zweite Lagereittel in der Welle angeordnet sind und eine Ströaungsvorrichtung abstutzen, wobei diese zweiten Lageraittel die relative Drehung zwischen der Welle und der Vorrichtung gestatten,
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und mit Mitteln, die am äusseren Gehäuse befestigt sind, um die Rotation dieser Strömungsvorritrhtung zu verhindern.
Die Strbmungsvorrichtung stützt sich daher an den genannten, im wesentlichen radial angeordneten Streben über die beiden Lager und die Welle ab und es ist nicht notwendig, wie dies sonst der Fall wäre, ein festes zylindrisches Gehäuse vorzusehen, in welchem die Strb'mungsvorrichtung montiert wird, oder axiale Glieder zwischen diesem festen zylindrischen Gehäuse und den im wesentlichen radial verlaufenden Streben anzuordnen. Die Erfindung gestattet es daher, das Gewicht der Strömungsmaschine wesentlich herabzusetzen.
Die die Rotation verhindernden Mittel können mit dem Musseren Gehäuse dadurch verbunden sein, dass sie an die Streben angebaut sind.
Die Strömungsmaschine besteht vorzugsweise aus einer Gasturbinenanlage, welche die Welle antreibt. Das äussere Gehäuse kann das äussere Gehäuse einer Gebläseleitung sein, in welcher ein die Welle antreibendes Gebläse angeordnet ist.
Die Gasturbinenanlage kann beispielsweise eine eich radial erstrekkende Turbine umfassen, welche die Welle antreibt. Dies® radiale Turbine ist vorzugsweise eine freie Turbine und die Gasturbinenanlage umfasst einen diese freie Turbine antreibe nden Gaserzeuger.
Die die Rotation verhindernden Mittel umfassen beispielsweise zusammenwirkende Klauen, die auf einem Teil der Gasturbinenanlage, bzw. auf mit den Streben verbundenen Mitteln angeordnet sind. Die
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ait den Streben verbundenen Mittel sind beispielsweise der Stator der radialen Turbine.
Die freie Turbine umfasst vorzugsweise einen Kranz von Lauferschaufeln, die sich in axialer Richtung von den entgegengesetzten Seiten eines mittigen, koaxial zum Gaserzeuger angeordneten Ringteile erstrecken, der antriebsmässig mit der Welle verbunden ist um diese anzutreiben und nur durch diese abgestutzt wird.
Es kann mindestens ein weiterer Kranz von Lauferschaufein vorgesehen sein, wobei die Schaufeln des oder jedes Kranzes sich von einem % derartigen mittigen Ringteil erstrecken und wobei diese mittigen Ringteile alller Schaufelkränze miteinander verbunden sind.
Die Antriebsverbindung ist vorzugsweise eine radial flexible Verbindung, z.B. eine sogenannte "Haarnadelverbindung".
Beiderseits der Kränze oder des Kranzes von Schaufeln können Verkleidungen angeordnet sein, welche die durch die Gasturbinenanlage strömenden Gase auf die Schaufeln oder von diesen ableitet, um die Wirkung des durch den oder die mittigen Ringteile gsbildeten Hindernisses zu verringern.
Die Verkleidungen können beispielsweise schalldämpfende Stoffe tragen und mindestens eine Verkleidung kann sich durch einen gekrUmmten Leitungsteil des Gasturbinenanlage erstrecken, um das Medium glatt durch diesen Teil durchzuleiten.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfasst diese eine Strömungsmaschine mit einem im wesentlichen zylindrischen, festen,
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äusseren Gehäuse, einer im wesentlichen axialen, innerhalb des Gehäuses und im Abstand davon angeordneten umlaufenden Wellenanordnung und Kränzen von Schaufeln, die antriebsmässig mit entgegen-! gesetzten Endteilen der Welle verbunden sind, wobei die Welle in nur einem Lager ange.ordnet und durch dieses abgestützt ist, und dieses Lager sich seinerseits am äusseren Gehäuse abstützt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehe η aus der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor, die einen Querschnitt eines erfindungegemässen Gebläse-Hubtriebwerke darstellt.
Ein Gebläse-Hubtriebwerk 1 umfasst einen Gasturbinengaserzeuger 2, der um eine vertikale Achse 3 angeordnet ist. Der Gaserzeuger 2 hat ein Gehäuse k an dessen oberem Ende sich ein Lufteinlass 5 befindet. Das Gehäuse k bildet die äussere Wandung einer ringförmigen Strömungsleitung 6, in welcher in Strömungsrichtung ein Niederdruckverdichter 7, ein Hochdruckverdichter 10, eine Brennkammer 11, eine Hochdruckturbine 12 und eine Niederdruckturbine 13 angeordnet sind.
Stromabwärts der Niederdruckturbine 13 ha^t die Strömungsleitung einen gekrümmten T«il 13, der sich teilweise im wesentlichen radial erstreckt und in einen Leitungsteil 16 Übergeht, der sich teilweise axial zum stromabwärtigen Ende der Leitung 6 erstreckt.
Im radialen Teil des Leitungsteile 15 ist eine freie Turbine 20 angeordnet. Diese im Einzelnen weiter unten beschriebene freie Turbine 20, die derart durch die Abgase des Gasturbinengaserse.ugers 2 betrieben wird, treibt eine Welle 22 über ein« Antriebeverbindung
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k.
23 mit einem radial flexiblen "Haarnadelquerschnitt" 2*f, wobei die Antriebsverbindung 23 mit dem unteren Ende 17 der Welle 22 verbunden ist. Die Velle 221iegt parallel zur Achse 3, d.h., axial zum Triebwerk 1.
Das Triebwerk 1 hat ein im wesentlichen zylindrisches äusseres. Gehäuse 25, welches das äussere Gehäuse einer Gebläseleitung bildet. Ein Gebläse 27 ist in dieser Gebläseleitung 26 angeordnet und wird durch die sich axial erstreckende umlaufende Welle 22 angetrieben; zu diesem Zweck dient ein kegelstumpffdrmiger Aufbau 30, welcher antriebsmässig mit dem oberen Ende der Welle Λ 22 verbunden ist.
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, liegt die Welle 22 im Saum zwischen der ringförmigen Ätrömungsleitung 6 und der Gebläseleitung 26. Die radial innerhalb und im Abstand vom äusseren Gehäuse 25 liegende Welle 22 stutzt sich an letzterem nur dadurch ab, dass sie im inneren Laufring 19 eines Lagers 31 gelagert iet. Das Lager 31 hat einen äusseren Laufring 28, der vom inneren Laufring 19 durch Kugeln 29 im Abstand gehalten wird, die in rollendem Eingriff mit den Laufringen 19,28 stehen, wobei der {
äussere Laufring durch im wesentlichen ra-diale Streben 32 gehalten wird, die am äusseren Gehäuse 25 befestigt sind. Diese zwischen dem Gebläse 27 und der freien Turbine 20 liegenden Streben 32 «Ussen nicht unbedingt genau radial stehen, sondern können sich, wie gezeigt, vom äusseren Gehäuse 25 in der Richtung des Lufteinlaseee 5 des Triebwerke 1 erstrecken.
Das Lager 31 liegt aueeerhalb und neben dem unteren Ende 17 der
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Welle 22 in einer Ebene, welche den Schwerpunkt des kombinierten Gebläses 27 und Gaserzeugers 2, der Welle 22 und der freien Turbine 20 enthält. Am oberen Ende der Welle 22 ist bei 18 ein Lager 33 angeordnet, das in eine^r Ebene liegt, die den Schwerpunkt des Gaserzeugers 2 enthält. Das Gehäuse K des Gasturbinengaserzeugers ist im Lager 33 gelagert und wird durch dieses abgestutzt, und gestattet die relative Drehung zwischen der Welle 22 und dem Gasturbinengaserzeuger 2.
Um die tatsächliche Rotation des Gasturbinengasgenerators 2 zu verhindern, ist dieser mit Klauen 34 versehen, die mit Klauen 35 auf einem Statorteil 36 der freien Turbine 20 zusammenwirkung, wobei der Statorteil 36 über den Aufbau 37 mit den Streben 32 verbunden ist. Die Klauen 3^» 35 brauchen den Gasturbinengaserzeuger 2 nur verhältnismässig leicht zu halten. Der Gasturbinengaserzeuger 2 wird daher an der Rotation dadurch verhindert, dass er Über die Klauen 34, 35, den Statorteil 36, den Aufbau 37 und die Streben 32 am festen äusseren Gehäuse 25 angebaut ist.
Es ist zu ersehen, dass die Anordnung des Gasturbinengaserzeugers 2 auf die oben beschriebene Art und Weise bedeutend leichter ist, als die alternative Anordnung des Gaserzeugers in einem kompakten zylindrischen Aufbau, der sich am äusseren Gehäuse Ub@r die Streben 32 und Über axial angeordnete, sich von diesen Streben erstreckende Teile abstutzt.
Die Welle 22, in welcher der Gaserzeuger 2 angeordnet ist ist nur durch ein einziges Lager 31 abgestutzt. Dies ist möglich, weil das Lager 31 einen aussergewöhnlich grossen Durchmesser hat, z.B.
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im Vergleich mit den nicht dargestellten Lagern der Hoch- und Niederdruckwellen dee Gasturbinengaserzeugers 2. Aus diesem Grunde würde ein geringes Spiel im Lager 31 nur eine sehr kleine Schwenkbewegung der Veil· 22 hervorrufen und selbst diese kleinen Spiele werden aufgenommen, wenn das Gebläse 27 läuft, u.zw. infolge der grossen aerodynamischen Axialbelastung, die durch das Gebläse 27 auf die Welle 22 ausgeübt wird.
Normalerweise wäre es unmöglich, derartig grossdurchmessrige Lager 31 zu τβ rwenden, da mit steigendem Lagerdurchmesser auch die Kriechgeschwindigkeit der Kugeln 29 des Lagers für eine gegebene Drehzahl des Lager ansteigt. Um das Geräusch niedrig zuhalten, ist die Drehzahl des Gebläses 27 ebenfalls niedrig gehalten, sodass das Lager 31 keine hohen Drehzahlen aufnehmen muss und daher ein grossdurehmessxiges Lager mit den oben genannten Vorteilen verwendet werden kann.
Die freie Turbine 20 besteht aus drei Kränzen 40, 41, 42 von Sotorschaufeln, die im Leitungsteil 15 angeordnet sind. Die Rotor schaufeln der Kränze 40, 41, 42 erstrecken sich in axialer richtung beiderseits von mittigen Ringteilen 43, 44, 45; diese Ringteile 43, 44, 45 bestehen je aus einem soliden, nicht rohrförmigen Metallteil, der koaxial zum Gaserzeuger 2 und damit parallel zur Welle 22 angeordnet ist.
Der mittige Ringteil 43 ist mit dem Aufbau 23 verbunden,um diesen und damitauch die Welle 22 anzutreiben. Der mittige Ringteil hat kein Lager und wird nur durch seine Verbindung Über den Aufbau mit der Welle 22 abgestützt. Auch die mittigen Ringteile 44,
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sind nicht abgestutzt und die mittigen Ringteile *f-3, ^* ^5 sind miteinander verbunden. Die Verbindung zwischen den mittigen Ringteilen k3 - ^5 bildet ein solides, scheibenförmiges Metallglied 48, das in einer Ebene liegt, die im wesentlichen senkrecht zur Achse der Welle 22 steht.
Die auf die Fliehkräfte und Gasbelastungen auf den oberen feilen der Schaufeln der Kränze kO, > 1, k2. zurückzuführenden Belastungen trachten diese Schaufeln um ihre mittigen Ringteile k3, Mf, k5 so zu verdrehen, dass sie einem im 6egenuhrBeigersinn wirkenden Drehmoment unterliegen. Dieses im Gegenuhrzeigersinn wirkende Drehmoment aird jedoch im wesentlichen durch ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment ausgeglichen, welches auf die Belastungen zurückzuführen ist, die durch*die Fliehkräfte und Gasbelastungen auf die unteren Teile der Schaufeln der Kränze kO, 41, k2 einwirken. Die Anordnung der mittigen Ringteile k3, Mf, ^5 hat daher im Vergleich mit der Alternative einer Verbindung zwischen den Kränzen entweder an den oberen oder an den unseren Enden der Schaufeln den Vorteil, die Wirkungen der Fliehkräfte und Gaebelastungen zu kompensieren. Dieser Kraftausgleich ermöglicht es auch, eine leichtere Anordnung für die Befestigung der Kränze *fO, if1, kZ zu wählen, als dies sonst möglich wäre. An einem Ende der Lauferschaufein angeordnete Ringteile würden jeweils nur dem Drehmoment in einer Richtung unterliegen und müssten daher genügend fest sein, um diesem Drehmoment widerstehen zu ktJnnen.
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In der Leitung 15 ist eine Verkleidung *f6 vorgesehen, die auf der stromatfWüLrtigen Seite der Turbine 20 liegt, während auf deren stromabwärtiger Seite eine Verkleidung k7 im Leitungsteil 16 vorgesehen ist. Die Verkleidung trägt dazu bei, das Strömungsmedium glatt durch den Leitungeteil 15 durchzuleiten und ee auch auf die Schaufeln der Kränze *fO, if 1, kZ zu leiten, sodass die Wirkung des durch die Ringteile ^3» Mf, k5 gebildeten Hindernisses verringert wird. Ähnlicherweise leitet die Verkleidung k7 das den Kranz k2 verlassende Strömungsmittel derart, dass dieses im wesent-
liehen um 90° abgelenkt wird und die Wirkung des durch den mittigen Hingteil k$ gebildeten Hindernisses verkleinert wird.
Erwünschtenfalls können die Verkleidungen k6 und k7 mit einem schalldämpfenden Werkstoff versehen sein.
Ein mit diesen Merkmalen ausgestattetes Triebwerk ist auch in den gleichlaufenden britischen Patentanmeldungen Nr. ^5906/67 und 52011/57 der Anmelderin beschrieben und beansprucht.
9.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    T. Strömungsmaschine mit einem im wesentlichen zylindrischen, festen, äusseren Gehäuse, einer im wesentlichen axial liegenden, umlaufenden Well®, die im Abstand vom festen,Hussar®n Gehäuse in demselben angeordnet ist und in einem ersten Lager gelagert ist,
    Über
    welches sich/im wesentlichen radiale Streben am Musseren Gehäuse abstutzt, gekennzeichnet durch zweite Lagermittel (33)9 die in der Welle (22) angeordnet sind und eine Vorrichtung (2) abstutzen, wobei diese zweiten Lagermittel (33) die relative Drehung zwischen der Welle (22) und der Vorrichtung (2) gestatten und Mittel (3^,35) am äusseren; Gehäuse (25) befestigt sind, um die !Rotation dieser Vorrichtung (2) zu verhindern«
    2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    die die Rotation verhindernden Mittel (3^,35) mit äem Iuss©r©n Gehäuse dadurch verbunden sind, dass exe an den Streben (32) angebaut sind.
    3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) aus einer die Welle (22) aatreibenden Gasturbinenanlage 12) besteht.
    1K Strömungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das lueeere Gehäuse das G«näu»e (25) einer Gebläseleitung (26) ist, in welcher ein die Welle (22} antreibendes Gebläse (2?) angeordnet ist.
    10.
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    5. Strömungsmaschine nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (2) eine ra^diale Turbine (20) umfasst, welche die Welle (22) antr%bt.
    6. Strömungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Turbine (20) eine freie Turbine ist und dass die Gasturbinenanlage (2) einen diese freie Turbine (20) antreibenden Gaserzeuger umfasst..
    7. Strömungsmaschine nach Anspruch 3 his 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Rotation verhindernden Mittel (3^«35) zusammenwir kende Klauen (3^,35) umfassen, die auf einem Teil der Gasturbinenanlage (2) bzw. auf mit den Streben (32) verbundenen Mitteln angeordnet sind.
    8. Strömungsmaschine nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Streben (32) verbundenen Mittel den Statorteil (36) der radialen Turbine (20) umfassen.
    9. Strömungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    die freie Turbine (20) einen Kranz von IÄuferschaufein (kO) umfasst,
    die sich in axialer Richtung von den entgegengesetzten Seiten "
    eines mittigen, koaxial zum Gaserzeuger (2) angeordneten Ringteils (Jf3) erstrecken, der antriebsnXssig (23,24) mit der Welle (22) verbunden ist, um diese anzutreiben und nur durch diese abgestutzt wird.
    10. Strömungemaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Kranz (4-1,^2) von IÄuferechaufein vorgesehen ist, wobei die Schaufeln des oder jedes Kranzes (40-42) sich von
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    Il
    einem solchen mittigen Ringteil (43-45) erstrecken, wobei die mittigen Ringteile (43-45) aller Schaufelkränze miteinander verbunden sind»
    11. Strömungsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurdi "gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindung (23,2*!·) eine radial flexible Verbindung ist.
    12. Strömungsmaschine nach Anspruch 11„ dadurch gekennzeichnet,
    tk dass die Antriebsverbindung (23,24) eine "Haarnadelverbindung" ist.
    13. Strömungsmaschine nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dassbeiderseits der Schaufelkränze (40-42) Verkleidungen angeordnet sind, welche die durch die Turbinenanlage strömenden Gase auf die Schaufeln oder von diesen ableiten, um die Wirkung des durch den oder die Hingteile (43-45) gebildeten Hindernisses zu verringern.
    14. Strömungsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleidungen (46,4?) schalldämpfende Stoffe tragen.
    15. Strömungsmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verkleidung (46,47) sich durch einen gekrümmten LeitungBteil (15,16) erstreckt, um das Medium glatt durch diesen Teil der Gasturbinenanlage (2) durchzuleiten.
    12.
    909819/0787 ORIGINAL INSPECTED
DE19681800927 1967-10-06 1968-10-03 Geblaesetriebwerk Pending DE1800927B2 (de)

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DE1800927B2 DE1800927B2 (de) 1971-05-19

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