DE2200497C3 - Zweistufiges Frontgebläse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Frontgebläse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, dessen Stufen von der den Läufer der Niederdruckturbine tragenden Antriebswelle über ein Planetengetriebe angetrieben werden, das das verfügbare Drehmoment zwischen den beiden Gebläsestufen unter lastabhängiger Einstellung unterschiedlicher Drehzahlen aufteilt. Ein solches Frontgebläse ist aus der GB-PS 8 78 934 bekannt. Bei diesem bekannten Frontgebläse treibt die Niederdruckwelle den Außenzahnkranz des Planetengetriebes an, während die erste Gebläsestufe mit dem Planetenträger und die zweite Gebläsestufe mit dem Sonnenrad in Verbindung steht. Hierdurch bedingt laufen die beiden Gebläsestufen im Gegensinn um, wodurch sich hohe Relativdrehzahlen mit den hiermit verknüpften Lagerproblemen ergeben. Dies fällt bei einem solchen Gebläse insbesondere deshalb ins Gewicht, weil die hier zur Verfügung stehenden Leistungen außerordentlich groß sind und Leistungsverluste, die sich als Wärme im Schmieröl niederschlagen, außerdem große Schwierigkeiten im Hinblick auf die Wärmeabfuhr ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zweistufiges Frontgebläse der eingangs genannten Bauart zu schaffen, dessen beide Stufen gleichläufig mit unterschiedlicher und lastabhängiger Einstellung der unterschiedlichen Drehzahlen umlaufen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Da hierbei das Turbinendrehmoment dem Planetenradträger aufgeprägt wird, werden beide Flanken der Planetenradzähne gleichzeitig benutzt und jede Flanke trägt nur die Hälfte der durch das Planetenradlager hindurchgehenden Belastung. Dies bedeutet, daß die von der Niederdruckturbine herrührende Leistun" der ersten G?b!äsestufe und der zweiten Gebläsestufe parallel zueinander zugeführt werden und nicht in Hintereinanderschaltung, wie dies im bekannten Falle geschieht

Durch die Verwendung eines an sich bekannten Halbsiüfengetriebes wird erreicht, daß mehr Arbeit, durch das Halbstufengebläse bezüglich der Luft im Zentrum des Triebwerks geleistet wird als dies durch die Hauptgebläsestufe allein geschehen könnte. Hierdurch wird in besonders zweckmäßiger Weise das Problem einer unzulänglichen Luftzuführung nach dem Kerntriebwerk gelöst, was bei großen Einstufengebläsen Schwierigkeiten bereitet

Das erfindungsgemäß ausgebildete Getriebe ist für ein derartiges Eineinhalbstufengetriebe geradezu ideal,

is weil durch die Aufteilung des Drehmoments, die durch das Getriebe erreicht wird, in Verbindung mit den relativen Drehwiderständen der Stufen erreicht wird, daß sich die erste Halbstufe des Gebläses mit einer größeren Drehzahl dreht als das Hauptgebläse im gesamten Arbeitsbereich.

Bei einem bekannten Eineinhalbstuferigebläse, welches in dem von der Firma General Electric hergestellte!» Triebwerk CF6 verwendet wird, liegt die Halbstufe hinter der Hauptstufe und ist durch eine Teilerverkleidung im Gebläsekanal umgeben. Die Halbstufe ist bei diesem bekannten Triebwerk direkt mit den Hauptstufen verbunden, so daß beide Stufen mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Dies erfordert jedoch den Einbau von Statorschaufeln zwischen den beiden Stufen, um den Winkel zu korrigieren, unter dem die Luftströmung auf die Halbstufenschaufeln auftrifft Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind demgegenüber keine Statorschaufeln erforderlich, weil die vor der Hauptstufe umlaufende Halbstufe sich schneller dreht als die Hauptstufe und diese Hauptstufe selbst relativ zur Halbstufe als Stator angesprochen werden kann.

Es ist auch bereits versucht worden, Halbstufengebläse von getrennten Turbinenstufen anzutreiben, jedoch sind hierzu aufwendige Getriebe mit den ihnen anhaftenden Nachteilen hinsichtlich Gewicht und Schmierung verknüpft, so daß diese Vorschläge keinen Eingang in die Praxis gefunden haben. Demgegenüber macht es die Erfindung erstmals möglich, ein Eineinhalbstufengebläse zu schaffen, das ebenso leicht ist wie ein Eineinhalbstufengebläse mit Extraturbinenstufe und bei dem trotzdem keine mechanisch komplizierten und schwergewichtigen Getriebeanordnungen erforderlich sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich

so aus den Unteransprüchen 2 und 3.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine teilweise abgebrochen dargestellte Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Gebläse,

F i g. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Gebläseteils des Triebwerks nach F i g. 1. F i g. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk mit einem Gasgeneratorteil 10 und einem Gebläse 11. Das Gebläse verdichtet die Luft, von der ein Teil den Gasgenerator 10 auflädt, während der Rest zwischen Gasgenerator und Gebläseverkleidung 12 abströmt, um eine Vorwärtsschubkraft zu erzeugen. Es ist ersichtlich, daß der Gasgenerator ein Zweiwellengasgenerator ist und daß er Zwischendruck- bzw. Hochdruckkompressoren 13 bzw. 14 aufweist, die antriebsmäßig mit einer Zwischendruckturbine 16 bzw. einer Hochdruckturbine

15 verbunden sind. Eine dritte Niederdruckturbine 17 treibt eine Niederdruckwelle 18 an, die koaxial durch die Gasgeneratorwellen geführt ist, um das Gebläse anzutreiben.

Die Ausbildung und Anordnung des Gebläses ist am besten aus Fi g. 2 zu erkennen. Das Gebläse weist einen Hauptgebläserotor 20 auf, der aus mehreren Schaufeln besteht, die auf einem Teil ihrer Höhe einen Schaufelring 21 tragen. Innerhalb des Schaufelringi 21 und stromoberseitig des Hauptgebläserctors 20 befindet sich ein Nabenkompressor 22, der wiederum mehrere Rotorschaufeln aufweist, die nur über dem Mittelteil des Hauptgebläserotors 20 verlaufend angeordnet sind

Der Nabenkompressor 22 wird von einer Welle 23 angetrieben, die von Lagern 24 und 25 getragen wird. Das Lager 24 trägt die Welle 23 über die Welle 26 des Hauptgebläses 20 und diese Welle wird ihrerseits von einem Lager 27 gegenüber dem festen Aufbau des Triebwerks abgestützt Zusätzlich zu diesen Lagern trägt die Welle 26 Lager 29 und 30, deren Zweck aus den nachstehenden Ausführungen erkennbar wird.

Um die Wellen 23 und 26 anzutreiben, ist die Welle 23 bei 31 mit einem Zahnkranz versehen, der das Sonnenrad eines Differentialgetriebes bildet. Die Welle 26 ist an einem Zahnkranz 32 festgelegt, dessen Innenverzahnung den Zahnkranz des gleichen D fferentialgetriebes bildet Mehrere Ritzel 33 kämmen mit dem Sonnenrad 31 und dem Zahnkranz 32 und diese Ritzel werden von einem Ritzelträger 34 gelagert. Der Träger erstreckt nach vorn und wird innerhalb des Lagers 29 abgestützt, während der hintere Teil die Niederdruckwelle 18 bildet Dieser rückwärtige Fortsatz wird vom Lager 30 abgestützt und trägt seinerseits ein Lager 25 der Welle 23.

Das Triebwerk arbeitet wie folgt:

Die Welle 18 wird von der Niederdruckturbine angetrieben und diese treibt demgemäß den Planetenträger 34. Eine Drehung dieses Trägers bewirkt, daß die Planetenräder um die Gebläseachse umlaufen und eine Antriebskraft auf das Sonnenrad 31 und den Zahnkranz 32 ausüben. Wegen der Durchmesserdifferenz dieser Räder wird das größere Drehmoment auf den Zahnkranz ausgeübt und das kleinere auf das Sonnenrad. Infolgedessen wird eine größere Leistung dem Hauptgebläserotor zugeführt und eine kleinere Leistung dem Nabenkompressor. Dies ist die erwünschte Arbeitsaufteilung.

Die aerodynamischen Verhältnisse von Gebläse und Nabenkompressor sind so ausgelegt, daß bei der Turbinennenndrehzahl das Gebläse mit genügend geringer Drehzahl umläuft, so daß nicht die Gefahr besteht daß die Gebläseschaufel-Spitzenumfangsgeschwindigkeit im Schallbereich oder in der Nähe der Schallgeschwindigkeit liegt und so einen hohen Lärm erzeugt Der Nabenkompressor dreht sich wesentlich schneller, da bei den Schaufeln mit verhältnismäßig geringem Durchmesser die Gefahr des Einlaufens in den Schallbereich gering ist Da der Nabenkompressor mit einer relativ hohen Drehzahl umläuft, kann er über seine gesamte radiale Höhe mit hohem Wirkungsgrad ausgelegt werden. Es wird daher ein wirksamer Ausgleich hinsichtlich des Mittelabschnitts des Hauptgebläses bewirkt Tatsächlich können die Hauptgebläseschaufeln innen einfach als Streben ausgebildet sein, die keine Arbeit auf die Luft ausüben, die durch den Nabenkompressor vorher verdichtet wurde.

Das Sonnenrad, der Planetenträger und der Zahnkranz laufen sämtlich in der gleichen Richtung um. Die Differenzdrehzahl zwischen Sonnenrad und Zahnkranz wird durch die Drehung der Planetenräder aufgenommen. Es ist bekannt, daß bei einem Umlaufrädergetriebe, bei welchem diese Räder im gleichen Sinne umlaufen, wesentlich geringere Reibungsverluste auftreten, als bei einem Getriebe, dessen einzelne Bestandteile im Gegensinn umlaufen. Auf diese Weise werden die Reibungsverluste auf ein Sechstel herkömmlicher Planetenrädergetriebe vermindert. Eine solche Verminderung der Reibung ist von größter Wichtigkeit bei solchen Anwendungen, bei denen die übertragene Leistung sehr groß ist da die Reibungsverluste, die als Wärme im Schmiermittel auftreten, große Schwierigkeiten in bezug auf die Wärmeabfuhr bereiten.

Die Erfindung ist von besonderem Nutzen für die Gebläse von Gasturbinenstrahltriebwerken, jedoch kann die Erfindung auch für andere Gebläse Anwendung finden, insbesondere für so huberzeugende Gebläse, die z. B. für Senkrechtstartflugzeuge benutzt werden. In allen diesen Fällen ist es nur notwendig, einen Antrieb in Gestalt einer einzigen Welle vorzusehen, während die Getriebeanordnung nach der Erfindung die notwendige Leistungsaufteilung vornimmt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zweistufiges Frontgebläse für ein Gasturbinenstrahltriebwerk, dessen Stufen von der den Läufer der Niederdruckturbine tragenden Antriebswelle über ein Planetengetriebe angetrieben werden, das das verfügbare Drehmoment zwischen den beiden Gebläsestufen unter lastabhängiger Einstellung unterschiedlicher Drehzahlen aufteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenradträger (34) des Planetengetriebes unmittelbar von der Antriebswelle (18) angetrieben wird, und daß das innere Sonnenrad (31 die erste Frontgebläsestufe (22) treibt, die sich als Halbstufe nur über einen Teil der radialen Länge der zweiten als Hauptfrontgebläsestufe (20) ausgebildeten zweiten Frontgebläsestufe erstreckt, die vom Außenzahnkranz (22) des Planetengetriebes angetrieben wird.

2. Frontgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln der Hauptfrontgebläsestufe (20) eine Gehäuseverkleidung (21) für die erste Frontgebläsestufe (22) tragen.

3. Frontgebläse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderende der den Planetenträger (34) tragenden Niederdruckwelle (18) über ein Kugellager (29) am Außenzahnkranz (32) abgestützt ist, der seinerseits etwa auf gleicher radialer Höhe über ein weiteres Kugellager (27) am festen Aufbau abgestützt ist.