DE1911076A1

DE1911076A1 - Kompressor und Turbinenstrahltriebwerk

Info

Publication number: DE1911076A1
Application number: DE19691911076
Authority: DE
Inventors: Smith Jun Leroy Harrington; Krebs James Norton
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-03-06
Filing date: 1969-03-05
Publication date: 1969-09-25
Also published as: JPS4842085B1; NL6903455A; FR2003355A1; SE355218B; CH508809A; US3494129A; BE729391A; GB1256122A; ES364334A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im weitesten Sinne auf Verbesserungen eines Kompressors für ein Strömungsmittel, der sich besonders bei Turbinenluftstrahltriebwerken anwenden läßt. Turbinenluftstrahltriebwerke enthalten eine Zentralmschine, die einen heißen Gasstrom erzeugt. Dieser heiße Gasstrom treibt eine Turbine an, die ihrerseits mit einem Flügelrotor verbunden ist. Der Flügelrotor besitzt wenigstens eine Reihe kreisförmig angeordneter Schaufeln, die in einen ringförmigen Kanal hineinreichen, während ihre äußeren Enden durch eine Haubenverkleidung begrenzt werden, die einen größeren Durchmesser als die Zentralmaschine besitzt. Das Flügelgebläse übt auf einen Luftstrom in einem Flügelkanal einen Druck aus. Der Flügelgebläsestrom und der heiße Gasstrom werden durch getrennte oder durch eine gemeinsame Düse ausgestoßen, um eine Antriebskraft zu erzeugen, Vorteilhafterweise befindet sich der Einlaß zur Zentralmaschine abströmsei tig zum Flügelgebläse, so daß auf die Luft, die in die Zentralmaschine eindringt, schon vorher ein Druck auegeübt wird.

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Das Verhältnis der Luftmassen, die durch die Gebläsekanäle strömen und so die Zentralmschine umströmen, zu den Luftmassen, die durch die Zentralmschine strömen, wird als das Be ipaßverhältnis bezeichnet. Die neuesten Entwicklungen haben gezeigt, daß bei einem vorgegebenen Maschinengewicht erhöhte Schubkräfte und ein verringerter Brennstoffverbrauch dadurch erreicht werden können, daß die Turbinenluftstrahltriebwerke ein relativ hohes Beipaßverhältnis, z.B. 5:1 oder höher, besitzen.

Um ein so hohes Beipaßverhältnis zu erhalten, muß der Durchmesser des GebläseSchaufelrades sehr groß gemacht werden. Ferner sind auch die Umfangsgeschwindigkeiten der Schaufelspitzen ebenfalls sehr hoch; sie erreichen Überschallgeschwindigkeiten. Solche großen Durchmesser und hohen Geschwindigkeiten können sehr leicht zu Nachteilen führen, insoweit, wie die Größe und das Gewicht betroffen ist.

In der letzten Zeit wurde dem Problem der Gasturbinengeräusche bei der Verwendung für Flugzeuge besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Die uBiwünschten Geräusche bei Turbinenstrahltriebwerken und Turbinenluftstrahltriebwerken mit einem geringen Beipaßverhältnis entstehen primär durch den Ausstoß eines heißen Gasstromes aus den Rückstoßdüsen, Bei Turbinenluftstrahltriebwerken mit einem hohen Beipaßverhältnis erzeugen jedoch die hohen Geschwindigkeiten und hohen Massenströme des Flügelgebläses in der Hauptsache die unerwünschten Geräusche.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge darin, die Geräusche, die durch das Flügelgebläse eines Turbinenluf tstrahSzdebwerkes mit einem hohen Beipaßverhältnis erzeugt werden, zu reduzieren.

Ein anderes Problem, das mit dem großen Durchmesser der Turbinenluftstrahltriebwerke mit hohem Beipaßverhältnis verbunden ist, besteht darin, αureh den großen Durchmesser eine große

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Frontfläche der Maschine entsteht, wenn diese an einem Flugzeug installiert wird. Diese große Frontfläche bewirkt einen Widerstand, der die installierte Antriebswirkung der Maschine reduziert. Dieser Nachteil kommt noch zu der größeren Gewichtserschwerung hinzu, die sich durch die größeren Flügelgebläse ergibt. Demzufolge besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, bei einem vorgegebenen Nennschub den Durchmesser der Flügelgebläse des Turbinenluftstrahltriebwerkes zu reduzieren, wodurch die Frontfläche, ebenso wie ihr Gewicht, verringert wird.

Wie bereits oben gesagt wurde, ist es vorteilhaft, daß auf die in die Zentralmaschine des Turbinenstrahltriebwerkes eindringende Luft durch das Flügelgebläse teilweise ein Druck ausgeübt wird. Es ist allgemein üblich, den inneren Teil der Luft, auf die durch ein Flügelgebläse ein Druck ausgeübt wird, in die Zentralmaschine umzulenken. Beim Entwurf solcher Turbinenluftstrahltriebwerke wird ein besonderes Auggenmerk auf günstige Betriebsbedingungen bei einer bestimmten Reisehöhe gerichtet, bei der der größte Teil des Flugbetriebes stattfindet. Es handelt sich mehr oder weniger um Routineverfahren, die Berechnung und Auslegung der Gebläsekomponenten und der Komponenten der Zentralmjschine durchzuführen, so daß die Luft frei in die Zentralmaschine, unter angemessenen aerodynamischen Belastungen des Flügelgebläses sowie des Kompressors, der in der Zentralm%chine verwendet wird, einströmt. Schwierigere Probleme jedoch ergeben sich durch Betriebsbedingungen, die bei der Konstruktion an sich nicht berücksichtigt sind, insbesondere wenn eine starke Schubabnahme der Maschine entsteht. Wenn dies geschieht, ist die Fähigkeit der Zentralnfbchine, Luft aufzunehmen, die dem Flügelgebläse entströmt, bei einer höheren Rate geringer als die Verminderung der Luft, die dem Flügelgebläse entströmt. Dies wird manchmal als ein Ansteigen des Beipaßverhältnisses bezeichnet, wobei die Masse der Luft, die durch das Flügelgebläse strömt, viel größer wird, bezogen auf diejenige Luftmenge, die durch die Zentralmaschine strömt. Unter solchen Bedingungen ist es notwendig, außerordentliche aerodynamische Belastung des Flügelgebläses zu verhindern, wo-

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durch sich ein Abdrosseln ergeben könnte. Eine solche Äbdrosselung könnte, falls sie sich voll fortpflanzt, einen totalen Leistungsverlust der Maschine ergeben.

Demzufolge besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, das obengenannte Ziel zu erreichen und ferner ein Turbinenluftstrahltriebwerk zu schaffen, das in seiner Konstruktion einfach und verläßlich ist und das in der Lage ist, unter solchen Bedingungen, für die die Konstruktion speziell nicht ausgelegt ist, einen abdrosselungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

a Um eine leichtgewichtige und wirkungsvolle ZentralniSchine in einem Turbinenluftstrahltriebwerk mit hohem Beipaßverhältnis zu schaffen, ist es auch notwendig, daß der Durchmesser der Zentralmaschine möglichst gering gehalten wird. Der Nabendurchmesser des Flügelgebläses ist, während er in Übereinstimmung mit der vorlje genden Erfindung reduziert wurde, dennoch größer als der Durchmesser des Einlasses zur Zentrali^schine. Dies wiederum bedeutet, daß es notwendig ist, den Strömungsverlauf der Luft vom Flügelgebläse in eine Richtung umzulenken, die in Längsrichtung nach innen gewölbt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Flügelgebläsekons truk ti on zu schaffen, die Vorrichtungen besitzt, um die Abströmung in wirkungsvoller Weise, mit möglichst geringen Verlusten und einer möglichst geringen axialen Länge, nach innen umzulenken, wodurch die Maschinenlänge und ihr Gewicht ebenfalls verringert wird.

Ein bekannter Versuch um die Energieaufnahme des Flügelgebläses zu erhöhen besteht darin, nicht konstante EnergiesehäufeIn zu verwenden. Solche Schaufeln üben auf den Luftstrom an ihren oberen Enden in weit höherem Maße einen Druck aus, als an ihrer Basis. Dieser Vorschlag jedoch wird dadurch begrenzt, daß viele der Vorteile beim Abbau der Wirbel aus der zusammengepreßten Luft verlorengehen, weil die Wirbel durch eine Rückstoßdüse

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höchst wirkungsvoll abströmen können. Es wurden Führungsflächen am Ausgang verwendet, um die Luft zu entwirbeln und um sie hauptsächlich in eine Längsrichtung zu leiten, nachdem aie das Flügelgebläse verlassen hat. Nicht-konstante Energiesehäufein neigen zu einer aerodynamischen Überlastung der inneren Enden der Auslaßführungsflächen, die eine Drosselung bewirken können und die, falls sie unkontrolliert geschieht, einen Leistungsverlust der Maschine bewirken kann. Dieses ₍Energiegradientenproblem wird weiterhin bedeutungsvoll, wenn man sich vergegenwärtigt, daß es in Übereinstimmung mit den obengenannten Einwendungen vorteilhaft ist, den Gesamtdurchmesser des Flügelgebläses zu reduzieren; um aber gerade einen genügenden Massenluftstrom durch das Flügelgebläse zu erhalten, muß eine bestimmte Strömungskanalfläche vorgesehen sein. Hieraus ergibt sich ein relativ niedriges Verhältnis vom Flügelnabenradius zum Flügelschaufelspitzenradius. Solch ein relativ kleines Radiusverhältnis ergibt seinerseits einen großen radialen Energiegradienten, da die reduzierte Schaufelumfangsgeschwindigkeit am reduzierten Nabenradius die Fähigkeit der Schaufeln, an dieser Stelle die Energie zu addieren, begrenzt.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, in einer Flügelgebläsekonstruktion, die einen relativ kleinen Nabenradius relativ zum Flügelspitzenradius besitzt, das aerodynamische Überlastproblem zu vermeiden und das Gesamtdruckniveau des Luftstromes, auf den durch dieses Flügelgebläse ein Druck ausgeübt wird, ansteigen zu lassen.

Eine andere Auswirkung, um das obengenannte Ergebnisszu erreichen, besteht darin, daß der Gesamtdurchraesser eines Flügelgebläses, der erforderlich ist, um einen vorgegebenen Strom und eine vorgegebene Druckhöhe zu erreichen, reduziert werden kann. Berücksichtigt man die Tatsache, daß der Ausdruck "Flügelgebläse" sich auf eine besondere Form des Kompressors bezieht, sowwird augenscheinlich, daß eine andere Aufgabe der Erfindung darin besteht, einen erhöhten Massenstrom und ein erhöhtes Druckniveau für Kompressoren mit einem vorgegebenen Durchmesser

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vorzusehen.

In einer Hinsicht werden gewisse obengenannte Aufgaben der Erfindung durch ein Turbinenluftstrahltriebwerk erreicht, das eine Zentralmaschine und ein Flügelgebläse besitzt, das durch die Zentralmaschine angetrieben wird. Das Flügelgebläse besitzt einen Rotor, eine konzentrisch zum Rotor angebrachte Haubenverkleidung und eine Reihe kreisförmig' angebrachter, relativ langer Schaufeln, die von der Rotornabe bis zur Haubenverkleidung reichen. Abstromseitig zu diesen Schaufeln ist ein Abzweigring angebracht, der sich konzentrisch zwischen der Eotornabe und der Haubenverkleidung befindet. Eine Reihe kreisförmig angeordneter und relativ kurzer Schaufeln reicht von der Rotornabe zum Abzweigring und eine Reihe feststehender kreisförmig angeordneter Schaufeln ist vom Abzweigring nach innen zwischen die beiden Schaufeireiheη gerichtet. Ein zweiter Abzweigring ist zum ersten Abzweigring stromabwärts so angeordnet, daß er mit seiner inneren Oberfläche die äußere Begrenzung des Einganges zum Einlaß der Zentralmaschine darstellt, während seine äußere Oberfläche im Zusammenwirken mit der Haubenverkleidung für die Luft, die durch das Flügelgebläse zusammengepreßt wird, einen Strömungskanal bildet.

Die relativ langen Schaufeln sind vorzugsweise vom nicht-konstanten Energietyp, die von der lTaTfep^fheiP Traf teigenden Energiegradienten besitzen. Auch ist es vorteilhaft, daß Ausgangsführungsschaufeln vorgesehen werden. Eine äußere Anordnung von Auslaßführungsschaufeln reicht vom Abzweigring nach außen bis zur Haubenverkleidung und eine innere Anordnung von Auslaßführungeschaufeln reicht vom Abzweigring bis zuylnneren Begrenzung des Strömungskanales der Luft, die aus dem Flügelgebläse am Eingang zum Einlaß, der Zentralmaschine strömt. Beide Anordnungen der Auslaßführungsschaufeln werden vorteilhafterweise stromabwärts von de» Abzweigring überdeckt. Weiterhin wird die Strömung, die vom Flügelgebläse zum Eingang der Zentralmaschine strömt, um einen relativ kleinen Radius umgelenkt, um die Gesamtmaschinen-

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länge und das Gewicht zu verringern und die inneren Auslaßführungsschaufeln sind radial so abgeschrägt, daß die Luft um diesen gebogenen Strömungskanal in den Einlaß der Zentrali^schine umgelenkt werden kann.

Unter einem anderen Gesichtspunkt werden gewisse obengenannte Aufgaben, die der Erfindung zugrunde liegen, durch einen Kompressor erreicht, der einen Rotor und einen äußeren Kanalabschnitt besitzt, der konzentrisch zu diesem Rotor angeordnet ist. Eine kreisförmig angeordnete Reihe relativ langer Schaufeln reicht von der Rotornabe zum äußeren Kanalabschnitt und ein Abzweigring befindet sich stromabwärts gesehen in der Nähe der Schaufeln und ist konzentrisch zwischen der Rotornabe und dem äußeren Kanalabschnitt angeordnet. Eine kreisförmig angebrachte Reihe relativ kurzer Schaufeln reicht von der Rotornabe zum Abzweigring und eine kreisförmig angeordnete Reihe Statorschaufeln weist vom Abzweigring nach innen zwischen die zwei genannten Schaufelreihen. Die Statorschaufeln kehren den inneren Teil der Strömung um, die aus der ersten Schäufelreihe kommt und zwar unter einem angemessenen Eingangswinkel relativ zur zweiten Schaufelreihe. Abstromseitig zum Abzweigring ist ein gemeinsamer Raum vorgesehen, in den das von den Rotorschaufeln unter einem Druck stehende Strömungsmittel eingelassen wird. Hierdurch wird eine relativ hohe Druckenergiestufe, bezogen auf ein großes Volumen des Strömungsmittels bei einem minimalen äußeren Leitkanaldurchmesser, erreicht. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des Turbinenluftstrahltriebwerkes gemäß der Erfindung;

Figur 2 ein halbseitiger Längsschnitt des vorderen Teiles der Maschine gemäß Figur 1;

Figur 3 einen teilweisen Querschnitt der in Figur 2 dargestellten Konstruktion;

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Figur 4 einen Schnitt bezogen auf die Linie IV-IV in Figur

und
Figur 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V aus Figur 3..

Figur 1 gibt das Turbinenluftstrahltriebwerk 10 vereinfacht wieder. Diese Maschine besitzt eine Zentralmaschine 12, die einen heißen Gasstrom erzeugt und einen Flügel- oder Niederdruckkompressor 14. Der Flügelkompressor 14 wird durch die Zentralmaschine angetrieben und übt auf einen Luftstrom, der aus der Düse 15 kommt, einen Druck aus, um eine Antriebskraft zu erzeugen.

Die Zentralmschine enthält einen Hochdruckkompressor 16, der auf einen ringförmigen Luftstrom einen Druck ausübt, um die Brennstoff verbrennung in einer Verbrennungskammer 17 zu fördern. Der heiße Gasstrom, der so erzeugt wird, wird durch eine Hochdruckturbine 18 gefüürt, um einen Turbinenrotor 20 anzutreiben. Dieser Rotor ist mit dem Rotor 24 des Hochdruckkompressors verbunden und treibt ihn an. Der heiße Gasstrom strömt dann durch die Niederdruckturbine 26 und wird durch die primäre Düse 28 abgeströmt, um eine Antriebskraft zu erzeugen.

Die Niederdruckturbine 26 besitzt einen Rotor 30, der durch eine innere Welle 32 mit dem Rotor 34 des Flügelgebläses am Einlaßende der Maschine verbunden ist. Der Flügelgebläserotor 34 besitzt eine Reihe Schaufeln 36, die an der Nabe Befestigt und zur Hauben verkleidung 38 gerichtet sind. Der äußere Teil des Luftstromes, auf den die Schaufeln 36 des Flügelgebläses einen Druck ausüben, entströmt den Düsen 15, die durch das Abströmende der Haubenverkleidung 38 und durch den Flugzeugrumpf 34 gebildet werden und in der sich die Zentralmaschine befindet. Der innere Teil der Luft, der durch die Gebläseschaufeln 36 und weiter durch die Gebläsestufe 44 zusammengepreßt Wird, wird dann einem Einlaßkanal 46 der Zentralmaschine 12, und besonders dem Hochdruckkompressor 16, zugeführt.

Zur näheren Beschreibung des Flügelgebläses 14 wird auf die

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Figur 2 verwiesen. Der Gebläserotor 34 besitzt eine Scheibe 47, die an einer zusammengesetzten röhrenförmigen Welle 32 befestigt ist und die eine Verbindung zum Rotor 30 der Niederdruckturbine herstellt. Entsprechende Lager, die mit 48 und 50 bezeichnet sind, dienen zur Lagerung dieser Welle. Die Schaufeln 36 können in bekannter Weise mit der Scheibe 47 verbunden sein. Eine kugelförmige Nase 52 ist mit dem vorderen Ende der Scheibe verknüpft.

Die Gebläsestufe 44 enthält einen Abzweigring 54, dessen Führungskante zum Abströmende der Schaufeln 36 benachbart angeordnet ist. Die Statorschaufeln 56 reichen von innen vom Ring 54 bis zu einem inneren Radkranz 58. Eine Scheibe 60 ist mit einer Scheibe 47 verbunden. Eine kreisförmig angeordnete Reihe relativ kurzer Schaufeln 62 ist auf der Scheibe 60 befestigt. Diese Schaufeln enden neben dem Ring 54. Auslaßführungsschaufeln reichen vom Abströmende des Ringes 54 bis zu einem zusammengesetzten Gehäuse 66, das teilweise die innere Begrenzung des Strömungskanales des Flügelgebläses und die innere Begrenzung des Einlasses 46 der Zentralmaschine bildet. Die übrigen inneren Begrenzungen des Strömungskanales des Flügelgebläses werden durch die Plattformen an der Basis der Schaufeln 36 und 62 und der Schaufeln 56 gebildet, wobei alle Elemente, die den Strömungskanal bilden, allgemein mit der Nabe des Rotors des Flügelgebläses verbunden sind. Die äußere Oberfläche des Einlaßkanales 46 wird durch die innere Oberfläche des Flugzeugrumpfes 42 gebildet.

Die Auslaßführungsschaufeln 70 reichen vom Ring 54 bis zur Haubenverkleidung 38 und sorgen für weitere strukturelle Verbindungen zwischen den stationären Teilen der Stufe 44 und der Haubenverkleidung. Versteifungen 72 befinden sich zwischen der Haubenverkleidung 38 und dem Flugzeugrumpf 42, um verstärkende Verbindungen zwischen diesen Elementen zu bilden.

Die relativ langen FlügeIschaufein 36 bestehen vorzugsweise aus Schaufeln einer nicht-konstanten Energietype, die allgemein

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-ΙΟ-bekannt ist. Solche Schaufeln, die hier verwendet werden, sind so geformt, daß sie eine betriebsmäßig sichere maximale aerodynamische Belastung an allen Punkten in radialer Richtung aushalten. Das bedeutet, daß an den oberen Enden der Schaufeln ein größerer Druckanstieg erreicht wird, als an ihren Naben-, enden. Der Gesamtdruck und die Energie, mit der der Luftstrom des Flügelgebläses beaufschlagt wird, erreicht auf diese Art für eine vorgegebene Flügelgebläsefläche und Flügelgebläsenenndrehzahl maximale Bedingungen. Dies wiederum erlaubt, bei einem vorgegebenen Schub, die Verwendung eines minimalen Flügelgebläsedurchmessers und Gebläsenenndrehzahl, um die erforderlichflflDruckhöhe zu erreichen.

Die notwendige Maße des Luftstromes jedoch erfordert eine große Einlaßfläche für das Flügel gebläse. Um diese Fläche zu erhalten ist es notwendig, daß das Verhältnis vom Nabenradius zum Schaufelradius 36 relativ klein ist. Aus diesem Grunde ist die Druckwirkung der inneren Teile des Gebläsestromes zum Nabenende der Schaufeln relativ niedrig. Ferner besteht ein ziemlich hoher Druckgradient unmittelbar abstromseitig zu den Schaufeln 36 in radialer Richtung. Die Gebläsestufe 44 übt zwei Funktionen aus. Erstens isoliert sie die äußeren Teile des Gebläseströmes, so daß der Druckgradient in radialer Richtung von den oberen Enden der Schaufeln 36 zum Abzweigring 54 relativ niedrig ist. Zweitens erhöht die relativ kurze Schaufelreihe 62 weiterhin das Druckniveau der inneren Teile des Gebläseströmes, wodurch das gesamte Druckniveau des gesamten Gebläsestromes ansteigt.

Die vorteilhafte Niedrighaltung des radialen Druckgradienten ist im Hinblick auf die Vermeidung außergewöhnlicher aerodynamischer Belastungen der inneren Enden der Auslaßführungsschaufeln 70 von größter Bedeutung. Betrachtet man einen Augenblick die äußeren Teile des Gebläsestromes zwischen dem Abzweigring 54 und der Haubenverkleidung 38, so besitzt die Luft, die die Gebläseschaufeln 36 passiert hat, eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, die Wirbel bedeutet. Damit die unter einem

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gewissen Druck stehende Luft, die das Flügelgebläse passiert hat, wirksam ausgenutzt werden kann, bevor sie die Düsen 15 verläßt, ist es notwendig diese tangentialen Geschwindigkeitskomponenten zu beseitigen. Eine andere Funktion der gewölbten Auslaßführungsschaufeln 70 besteht darin, die Luft zu entwirbeln und sie im wesentlichen longitudinal zu den Düsen 15 zu leiten. Die inneren Auslaßführungsschaufeln 64 haben auch eine ähnliche Funktion, da sie auch ausgebaucht sind,um die Luft, die die Schaufeln 62 passiert hat, zu entwirbeln und um sie in eine im wesentlichen longitudinale Richtung zu leiten.

Wenn die Luft die äußeren Führungsschaufeln 70 erreicht, besteht sowohl ein Gesamt- als auch ein statischer Druckgradient, dessen Maximum bei der oder in der Nähe der Haubenverkleidung 38 und dessen Minimum beim Abzweigring 54 liegt. Beim Passieren der Auslaßführungsschaufeln 70 entsteht ein Anstieg des statischen Druckes auf einen im wesentlichen gleichförmigen Wert, der radial vom Abzweigring zur Haubenverkleidung 38 reicht. Da der statische Einlaßdruck an den inneren Enden der Schaufeln 70 geringer ist, als an ihren äußeren Enden, ist ein größerer Anstieg des statischen Druckes an den inneren Enden der Schaufeln 70 erforderlich. Um diesen Anstieg zu erhalten, ist es erforderlich, daß ein genügender Gesamtdruck vorhanden ist, damit die Luft ohne eine unzulässige aerodynamische Belastung zwischen die Schaufeln strömen kann, das bedeutet, die Trennung des ;LuftstrOmes vöti den gewölbten Schaufeloberflächen, so daß sich eine Drosselungergibt.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß durch Isolierung der äußeren Teile des Gebläsestromes durch den Abzweigring 54 der Energiegradient, der dem Gesamtdruckgradienten angeglichen werden kann, verringert wird, wobei die aerodynamische Belastung an den inneren Enden der Ausgangsführungsschaufeln ebenfalls verringert wird. Weitere Merkmale tragen zur Verringerung der aerodynamischen Belastung an den inneren Enden der Auslaßführungsschaufeln 70 bei. Diese Merkmale tragen primär zur Ver-

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ringerung des statischen Druckes an und neben der Austrittskante des Abzweigringes 54 bei. Wie bereits erwähnt wurde, wirkt die Anordnung der Schaufeln 70 so, daß der statische Druck an ihren Abströmenden ansteigt. Das gleiche geschieht an den inneren Auslaßführungsschaufeln 64. Ferner ist abströmseitig zum Abzweigring 54 ein gemeinsamer Raum vorgesehen, der aufgrund der Stauungen durch die Schaufeln 70 und 64 eineDefusorwirkung ausübt, die eine Erhöhung des statischen Druckes bewirkt. Der Anstieg des statischen Druckes wird an den inneren Enden der Schaufeln 70 durch abströmseitige Überdeckung der Führungsschaufeln70 und 64 durch den Anzweigring 54 verringert, wie dargestellt ist.

Während das Verhältnis von Nabe zu den oberen Enden der Gebläseschaufeln 36 relativ klein ist, ist dennoch der Nabenradius des Rotors der Schaufeln 62 wesentlich größer als der Nabenradius der ersten Stufe des Hochdruckkompressors 16. Das bedeutet, daß der Einlaßströmungskanal 46 und teilweise das innere Wandteil 66 nach innen abfallen muß, um den inneren Teil des Gebläsestromes der Zentralmaschine zuleiten zu können.

Bezogen auf die oben gemachten Ausführungen zur Verringerung des statischen Druckanstieges an den Abströmenden des Abzweigringes 54 besteht ein Weg, diese Reduzierung des statischen Druckes zu erreichen darin, in dem gemeinsamen Raum abströmseitig zum Abzweigring einen verkürzten oder minimalen Radiusabstand vorzusehen. Wie aus den Figuren 2 und 5 zu entnehmen ist, besitzt das Wandelement 66 einen abnehmenden Durchmesser abströmseitig zu den Schaufeln 62. Dies dient nicht nur dazu, den statischen Druck an den Abströmkanten des Abzweigringes 54 zu verringern, sondern erlaubt auch einen etwas kleineren Durchmesser für den Abzweigring vorzusehen, wodurch der statische Druck und die aerodynamische Belastung der äußeren Auslaßführungsschaufeln 70 weiterhin verringert wird.

Nachdem die aerodynamischen Belastungen der Schaufeln 70 in der beschriebenen Weise verringert wurden, werden nun Mittel

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vorgesehen, um die inneren Teile des Gebläsestromes wirksam nach innen um einen relativ kleinen Radiis umzulenken, um ihn dem Kerneinlaßkanal 46 zuzuleiten. Die verwendeten Elemente sind am besten aus den Figuren 3, 4 und 5 ersichtlich, aus denen zu entnehmen ist, daß die inneren Auslaßführungsschaufeln 64 in radialer Richtung gewölbt sind, so daß ihre konkaven Oberflächen der im wesentlichen konvex gewölbten inneren Wand zugekehrt ist. Durch die einfache Abschrägung bewirken die Schaufeln den gewünschten Ablenkeffekt, so bewirkt dieses Merkmal in Kombination mit der Tatsache, daß die inneren Auslaßführungsschaufeln überdeckt werden, wie in Figur 5 dargestellt ist, eine Verringerung de· Raumes, der sich unmittelbar abströmsei tig zum Abzweigring 54 befindet. Durch die Überdeckung, wird die vordere Kante des inneren Endes der inneren Auslaßführungsschaufeln 64 im wesentlichen mit der Austrittskante des Spaltringes 54 verbunden. Um die Verluste zu verringern, wird vorteilhafterweise die innere Wand des Führungskanales entlang der Länge der abgeschrägten Schaufeln 64 konvex gebogen, wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist. Da die Schaufeln 64 überdeckt werden, beginnt die nach innen gerichtete Kurvenführung der Wände 66 an einem Punkt, der angenähert mit der Austrittskante des Abzweigringes befestigt ist.

Die vorgenannte Beschreibung basiert primär darauf, daß der Betrieb der Maschine in einer vorgegebenen Höhe stattfindet, für den die Konstruktion ausgelegt ist, das bedeutet, daß der Betrieb bei einer bestimmten Höhe und mit einer bestimmten Fluggeschwindigkeit vor sich geht. Unter diesen Bedingungen besteht natürlich nur an der Stelle des Zusammenflusses der inneren und äußeren Teile der Gebläseabströmung des Abzweigringes eine minimale Turbulenz. Die Luft, die durch die inneren Teile der Schaufeln 36 und weiter durch die kurzen Schaufeln 62 zusammengepreßt wird, gelangt größtenteils in den Einlaßkanal 46. Die übrige Luft fließt frei über die Führungskanten des Flugzeugrumpfes 42, der eine Sekundärabzweigung hervorruft.

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ünter den Bedingungen, für die die Konstruktion an sich nicht ausgelegt ist, wie beispielsweise bei einer Bremswirkung des Schubes, verändern sich die Strömungsbedingungen. Um den Schub zu reduzieren, kann der Brennstoffstrom zur Zentralmaschine verringert werden, wodurch sich eine relativ schnelle Abbremsung der Drehung des Rotors der Zentralmaschine ergibt. Wegen der Trägheitswirkung jedoch verringert sich die Geschwindigkeit des Flügelgebläses viel langsamer. Wenn der Rotor der Zentralmaschine seine Umdrehungen verlangsamt, strömt auch eine verringerte Luftmenge durch die Zentralmaschine. Es strömt jedoch noch relativ viel Luft aus dem Gebläse 36. Da die Führungskanten des Flugzeugrumpfes 42 zu den Austrittskanten des Abzweigringes 54 räumlich zueinander angebracht slid, verändert die Luft, die normalerweise in den Maschineneinlaß 46 eindringen würde, vollkommen ihren Strömungsverlauf zum Strömungskanal zwischen dem Flugzeugrumpf und der Haubenabdeckung, was man als eine erhebliche Nebenflußbetriebsbedingung bezeichnen kann. Dies bewirkt auf den Luftstrom einen geringen Begleiteffekt und erzeugt keinen wesentlichen Anstieg des hinteren Druckes an den inneren Auslaßführungsschaufeln, was eine aerodynamische Überlastung dieser Schaufeln und einen daraus resultierenden Drosseleffekt verursachen könnte. Diese Entkupplung des Flügelgebläses von der Zentralmaschine bewirkt einen automatischen verläßlichen Verfahrensmodus,, unter Bedingungen, für die das Triebwerk an sich nicht ausgelegt ist, was außerordentlich einfach ist.

Während die vorlfegsnde Beschreibung sich auf Bedingungen bezieht, die für ein Turbinenluftstrahltriebwerk gelten, ist es selbstverständlich, daß die beschriebenen Gebläseanordnungen auch unter anderen Bedingungen Anwendung finden können_o In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, daß das Gebläse einen Kompressor bildet, der ein hohes Druckniveau für eine ringförmige Strömung erzeugt, die eine relativ große Fläche mit einem geringen Durchmesser hat.

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Claims

- 15 Ansprüche

(1?) Kompressor mit einem Rotor, einem äußeren Strömungskanal, aer zu dem Rotor konzentrisch angeordnet ist und der die äußeren Begrenzungen eines ringförmigen Strömungskanales bildet, dra durch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die zu der Nabe des Rotors ausgerichtet sind, der die innere Begrenzung des ringförmigen Strömungskanals bildet, in dem eine Reihe kreisförmig angeordneter, relativ langer Schaufeln, die von der Rotornabe bis zum äußeren Kanal reichen, vorhanden sind, daß ferner ein Abzweigring vorgesehen ist, der abstromseitig nahe der Schaufeln angeordnet ist, wobei sich der Abzweigring zwischen und konzentrisch zu der Rotornabe und dem äußeren Kanal befindet, daß eine Reihe kreisförmig angeordneter, relativ kurzer Schaufeln vorhanden ist, die von der Rotornabe bis zum Abzweigring reichen, daß eine Reihe kreisförmig angeordneter Statorschaufeln vom Abzweigring ausgehend nach innen gerichtet sind und sich zwischen den genannten zwei Schaufelreihen befinden, wobei die Statorschaufeln den inneren Teil der Strömung, die aus der Reihe der langen Schaufeln entströmt, unter einem angemessenen Eingangswinkel relativ zur genannten Reihe der kurzen Schaufeln umlenken und daß abstromseitig zum Abzweigring ein gemeinsamer Raum vorhanden ist, in den das Strömungsmittel, auf den die Rotorschaufeln einen Druck ausüben, strömt, wobei ein relativ hohes Druckenergieniveau eines großen Strömungsmittelvolumens in der Kammer erhalten wird.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Reihe kreisförmig angeordneter Auslaßführungsschaufeln vom Abzweigring nach innen zu denjenigen Elementen reichen, die die innere Begrenzung des ringförmigen Strömungskanales definieren und daß eine äußere Reihe kreisförmig angeordneter Auslaßführungsschaufeln vorhanden ist, die sich zwischen dem Abzweigring und dem genannten äußeren Kanalteil befinden, wobei die Auslaßführungsschaufeln beider Reihen derartig ausgebaucht sind, daß sie die Wirbel, die in der Strömung vorhanden sind, nachdem diese die rotierenden Schaufeln verlassen hat, entfernen und den Strom in der Hauptsache in Längsrichtung zum Strömungskanal leiten.

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3. Kompressor nach Anspruch 2,dadurch gekennze ic hne t, daß relativ lange Schaufeln der nicht-konstanten Energietype vorhanden sind, um für ein bestimmtes Energieniveau der Strömung, auf die ein Druck ausgeübt wird, zu sorgen, das stufenweise vom Nabenende der Schaufeln bis zu den oberen Enden derselben ansteigt, wobei die inneren und äußeren Reihen der Auslaßführungsschaufeln in abströmseitiger Richtung von der Austrittskante des Spaltringes überdeckt werden, wobei aerodynamische Belastungen, die auf die inneren Enden der äußeren Reihe der Auslaßführungsflächen wirken, verringert werden.
4. Kompressor nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Turbinenluftstrahltriebwerk, das eine Zentralmaschine zum Antrieb des Rotors besitzt, mit dem ein Flügelgebläse gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Abzweigring vorhanden ist, der eine kreisförmige Führungskante aufweist, die von der Austrittskante abströmseitig zum Abzweigring angeordnet ist, wobei ein gemeinsamer Raum für die Abströmung aus dem Flügelgebläse vorgesehen ist, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abzweigring befindet, wobei der zweite Abzweigring eine innere Oberfläche hat, die eine äußere Begrenzung des Einganges des Zentralmaschineneinlasses darstellt, und die eine äußere Oberfläche besitzt, die einen Teil des äußeren Kanales für die Luft darstellt^,die durch das Flügelgebläse zusammengepreßt wird und wobei ferner Wandelemente vorhanden sind, die sich an die Mittel anschließen, die die innere Begrenzung des Flügelgebläseströmungskanales bilden, wobei diese Wände die innere Begrenzung des Einlasses der 2_entralmaschine bilden.
5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandelemente, die die innere Begrenzung des Einlasses der Zentralmaschine darstellen, nach innen in Abströmrichtung zusammenlaufen und die Mittel, die die innere Begrenzung des FlügeIgebläsekanaIes bilden, einen konvex gewölbten Wandteil besitzen, der mit dem zusammenlaufenden

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Einlaßwandteil verbunden ist, wobei die inneren Enden der inneren Reihe der Äuslaßführungsschaufeln von diesen gewölbten Wandelementen auegehen und diese inneren Äuslaßführungsschaufeln radial zur Rotorachse mit ihren konkaven Oberflächen, die zu den konvex gewölbten Wandteilen gerichtet sind, abgeschrägt sind, so daß die Einlaßlänge der Maschine auf ein Minimum gehalten werden kann.
6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η nze ic hne t, daß die konvex gewölbten Wandteile zu der Austrittskante des Abzweigringes abströmseitig angeordnet sind, wobei die Fläche des gemeinsamen Raumes an der Abströmkante des Abzweigringes auf ein Minimum gehalten werden kann.
7. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η-ze lehnet, daß die Wandelemente, die die inneren Begrenzungen des Zentralnfbchineneinlasses bilden, in Abströmrichtung nach innen zusammenlaufen; daß die Elemente, die die innere Begrenzung des Flügelgebläsekanales bilden, einen konvex gewölbten Wandteil besitzen, der mit dem konvergierenden Einlaßwandteil verbunden ist, wobei die inneren Enden der inneren Reihe der Äuslaßführungsschaufeln von den gewölbten Wandelementen ausgehen und die genannten inneren Äuslaßführungsschaufeln radial zur Rotorachse abgeschrägt sind und mit ihrer konkaven Oberfläche zum konvex gewölbten Wandteil gerichtet sind, wobei die Länge des Maschineneinlasses auf ein Minimum gehalten werden kann.
8. Kompressor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konvex gewölbten Wandteile abströmseitig zur Austrittskante des Abzweigringes angeordnet sind und daß die innere Reihe der Äuslaßführungsschaufeln in Abströmrichtung von dem genannten Abzweigring überdeckt werden.

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