DE2626405A1

DE2626405A1 - Gasturbinentriebwerk mit geteiltem geblaese

Info

Publication number: DE2626405A1
Application number: DE19762626405
Authority: DE
Inventors: John Robert Simmons
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-06-12
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2315007A1; US4010608A; IT1062407B; BE843002A; JPS521223A; CA1052106A; JPS6039866B2; GB1546722A; DE2626405C2; FR2315007B1

Description

Gasturbinentriebwerk mit geteiltem "lebläse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere auf einen neuen Aufbau für den Gebläseabschnitt des Triebwerks .

Große Aufmerksamkeit wurde der Entwicklung von Gasturbinentriebwerken gewidmet, die die hohen spezifischen Schubeigenschaften eines Turbostrahl- oder mit kleinem Bypassverhältnis betriebenen Turbogebläsetriebwerks bei Überschallgeschwindigkeiten haben und die auch so gestaltet werden können, das sie die Eigenschaften bezüglich eines geringeren spezifischen Schubes, einer kleinen Geräuschentwicklung und eines niedrigen Treibstoffverbrauchs eines mit höherem Bypassverhältnis betriebenen Turbogebläses bei Unterschallgeschwindigkeiten aufweisen, um hierdurch ein sehr wirkungsvolles Flugzeug für einen gemischten Betrieb zu entwickeln. Solche Triebwerke werden im allgemeinen als zyklusvariable Triebwerke bezeichnet.

Es wurden für ein zyklusvariables Triebwerk zahlreiche Konstruktionslösungen einschließlich verschiedener Modifikationen von Mischstrom-Gasturbinentriebwerken vorgeschlagen. So wurde bei-

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spielsweise vorgeschlagen, das Bypassverhältnis eines Gasturbinentriebwerks zu verändern, indem dieses entweder als ein Mischstromoder ein Trennstrom-Turbogebläsetriebwerk betrieben wird, was unter Verwendung von Umleitventilen wahlweise durch Mischen oder Trennen des Bypasskanalstroms vom Kernablaßstrom erfolgt. Es wurde auch vorgeschlagen, das Strömungsbeeinflussungsvermögen eines GastuiLinentriebwerks durch Aufteilen des Gebläses in zwei Abschnitte zu vergrößern, von denen sich jeder in Strömungsverbindung mit einem separaten konzentrischen Bypasskanal befindet.

Ein mit sämtlichen bekannten zyklusvariablen Triebwerken dieser Art verbundenes Problem iüt die dem GeLläsesystem auferlegte große Arbeitsleistung zum Erzeugen des erwünschten großen.BypassVerhältnisses bei einem Flug mit geringem Schub. Um zum Erzeugen dieser großen Gebläseströmungsgeschwindigkeiten ausreichende Rotationsenergie zuzuführen, wird bei den meisten bekannten Turbogebläsetriebwerj.en eine stromabwärts von der Hochdruckturbine eines Gasgenerators angeordnete mehrstufige Niederdruckturbine verwendet, die bei relativ hohen Temperaturen arbeitet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Schaffung eines Gasturbinentriebwerks, das bei verminderter Niederdruckturbinengröße und niedrigeren Betriebstemperaturen über einen größeren Bereich von Schubpegeln und Bypassverhältnissen arbeiten kann. Es soll ferner ein Gasturbinentriebwerk geschaffer werden, bei dem die Gebläsearbeitsleistung auf die Hochdruckturbine des Gasgenerators und oine stromabwärts vom Gasgenerator angeordnete Niederdruckturbine aufgeteilt ist.JDiese und andere Ziele der Erfindung lassen sich mit den dargestellten Ausführungsformen der Erfinduny erreichen, bei denen ein oder mehrere der hinteren Stufen eines mehrstufigen Gebläseabschnitts eines Gasturbogebläsetriebwerks von der Hochdruckturbine des Gasgenerators und die übrigen Gebläsestufen von einer stromabwärts vom Gasgenerator angeordneten Niederdruckturbine gedreht werden. Dieser Aufbau sorgt für eine Aufteilung der Gebläsearbeitsleistung auf die Hoch- und Niederdruckturbinen, um eint, wirkungsvollere Ausnutzung der gesamten Turbinenkapazität und eine Verminderung bezüglich der Arbeits-

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leistung der Niederdruckturbine zu ermöglichen. Durch direktes Ankoppeln der hinteren Gebläsestufen an den Hochdruckturbinenrotor können diese hinteren Gebläsestufen ferner mit größeren Drehzahlen betrieben werden, um einen größeren Druckanstieg an den hinteren Gebläsestufen zu bilden. Die Verminderung der Arbeitsleistung der Niederdruckturbine führt zu einer Verminderung des geforderten Energieentnahmevermögens der Niederdruckturbine und der Kühlungserfordernisse für das erfindungsgemäße Gasturbinentriebwerk. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Gasturbinentriebwerk ein höheres Bypassverhältnis für ein egebenes Energieentnahmevermögen der Niederdruckturbine als bei bekannten Gasturbinentriebwerken erreicht werden, bei denen der Gebläseabschnitt nur an das Niederdruckturbinensystem angekoppelt ist.

Die Erfindung hat einen weiten Anwendungsbereich für verschiedene Triebwerkskonfigurationen und kann so bei einem Gasturbinentriebwerk mit geteiltem Gebläse sowie mehrfachem Bypasskanal oder bei einem Mischstrom-Gasturbinentriebwerk mit einem einzelnen Bypass sowie mit geteilten oder eng angekoppelten Gebläseabschnitten benutzt werden. Die Erfindung führt zu einer bedeutenden Vergrößerung des Strömungsbeeinflussungsvermögens eines zyklusvariablen Triebwerks mit geteiltem Gebläse. Da der hintere Gebläseabschnitt von der Hochdruckturbine angetrieben wird, kann er bei höheren .oder niedrigeren Drehzahlen als der von der Niederdruckturbine angetriebene vordere Gebläseabschnitt betrieben werden. Hierdurch ist eine gesteigerte Anpassungsfähigkeit beim Aufteilen des Triebwerkluftstroms zwischen den Bypasskanälen und dem Gasgenerator möglich. Außerdem kann ein höherer oder niedrigerer Druckanstieg am hinteren Gebläseabschnitt erreicht werden.

Bei Mischstromtriebwerken mit eng gekoppelten bzw. dicht hintereinander angeordneten Gebläseabschnitten kann es auch zweckmäßig bzw. erwünscht sein, zwischen den von der Niederdruckturbine angetriebenen vorderen Gebläsestufen und den von der Hochdruckturbine angetriebenen hinteren Gebläsestufen ein Abzapfungssystem vorzusehen, um während eines Fluges mit niedrigem Schub überflüssige. Gasströmung vom vorderen Gebläse abzuzapfen bzw. abzuzweigen.

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Die Erfindung kann auch ii Verbindung mit einem stromabwärts gelegenen Umleit- bzw. Ablenkungsventil oder einem flächenvariablen Mischer benutzt werden. Diese letztgenannten Vorrichtungen führen in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einem zyklusvariablen Gasturbinentriebwerk mit einem hohen Maß an Strömungsbeeinflussungsvermögen, wobei ein solches Triebwerk in leistungsfähiger Weise über einen weiten Bereich von Triebwerküschubeinstellungen und Bypassverhältnissen betrieben werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Doppelby-

pa£ -Gasturbinentriebwerk mit geteiltem Gebläse, Figur 2 - in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Mischstrom-Gasturbinentriebwerk mit geteiltem Gebläse,. Figur 3 - in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Mischstrom-Gasturbinentriebwerk mit eng gekoppelten Gebläsestufen,

Figur 4 - in einer Teilansicht einen Abschnitt des Gasturbinentriebwerks aus Figur 3 und

Figur 5 - in einer Teilansicht einen Abschnitt des Gasturbinentriebwerks aus Figur 3 in einer anderen Betriebsart.

In Figur 1 ist ein Gasturbinentriebwerk Io mit einem äußeren Ummantelungs- oder Rumpfglied 12 dargestellt, dessen stromaufwärts gelegenes Ende einen entsprechend bemessenen Einlaß 14 für einen vorbestimmten Auslegungsluftstrom zum Triebwerk Io bildet. Im Einlaß 14 ist ein allgemein mit der Hinweiszahl 16 bezeichnetes Gebläse zum Aufnehmen und Verdichten des zum Einlaß 14 gelangenden Luftstroms angeordnet. Das Gebläse 16 enthält einen vorderen Abschnitt 18, der von einem hinteren Gebiäseabschnitt 2o um einen Abstand 22 axial verlagert ist.

Der vordere Gebläseabschnitt 18 enthält eine Vielzahl von Rotorschaufeln 24 und 25, die zwischen variablen Einlaßführungsflügeln bzw. -schaufeln 26 und variablen Statorflügeln bzw. -schaufeln 28 angeordnet sind. In ähnlicher Weise enthält der hintere Gebläseab-

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schnitt 2o einen Rotor 3o zwis "hen variablen Statorflügeln bzw. -schaufeln 32 und 33 des hinteren Gebläseabschnitts.

Stromabwärts vom Gebläse 16 befindet sich ein allgemein mit der Hinweiszahl 34 bezeichneter Gasgenerator, der einen Kompressor mit einem Rotor 38 enthält. Unter Druck gesetzte und über einen Strömungsring 4o in len Kompressor 36 eintretende Luft wird verdichtet und dann zu einem Brenner 42 abgelassen, v»o Brenn- bzw. Treibstoff verbrannt wird, um hochenergetische Verbrerinungsgase zu bilden, die einen Hochdruckturbinenrotor 44 antreiben. Dieser entzieht dem aus dem Brenner 42 austretenden Hochdruckgasstrom Energie, um diese in Wellenantriebsleistung zum Antreiben der Rotoxstufen 38 des Kompressors 36 umzusetzen. Der Antrieb erfolgt über eine sich stromaufwärts erstreckende Antriebswelle 48, die für eine Drehbewegung mit den Rotoren 38 und 44 verbunden ist.

Stromabwärts von dem Hochdruckturbinenrotor 44 befindet sich eine allgemein hul der Hinweiszahl 5o bezeichnete Niederdruckturbine in einer Position zum Aufnehmen des den Gasgenerator 34 verlassenden Stroms heißer Gase. Die Niederdruckturbine 5o enthält einen Rotorabschnitt 52 mit einer Vielzahl von zwischen Statorschaufeln 54 greifenden Rotorschaufeln. Die Niederdruckturbine 5o setzt die Energie von den aus der Hochdruckturbine austretenden Hochdruckgasen in Wellenantriebsleistung um, um diese über eine sich stromaufwärts erstreckende Antriebswelle 56 den Rotoren 24 und 25 des vorderen Gebläseabschnitts 18 zuzuführen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung isu die vom Hochdruckturbinenrotor 44 angetriebene Welle 48 in bezug auf den Gasgenerator-Kompressorrotor 38 stromaufwärts verlängert und mit dem Rotor 3o des hinteren Gebläseabschnitts 2o verbunden, um diesen mit Rotationsenergie zu versorgen .

Um einen Teil des Gebläseluftstroms im Bypass um das Kerntriebwerk zu leiten, sind zwei konzentrische Bypasskanäle vorgesehen. Ein äußerer und allgemein mit der Hinweiszahl· 58 bezeichneter Kanal· befindet sich zwischen der äußeren Ummantelung 12 des Triebwerks und einem Zwischenmantel· 6o. Das sti omaufwärts gelegene Ende 62

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des letzteren befindet sich in dem Ringraum 22 zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten,, so daß in den Triebwerkseinlaß 14 eingetretene und durch den vorderen Gebläseabschnitt 18 verdichtete Luft danach zwischen dem äußeren Bypasskanal 58 und dem hinteren Gebläseabschnitt 2o aufgeteilt wird. Der allgemein mit der Hinweiszahl 66 bezeichnete innere Bypasskanal ist zwischen dem mittleren oder Zwischenmantel 6o und dem Triebwerksinnenmantel 68 ausgebildet, welcher den Gasgenerator 34 und die Niederdruckturbine 5o umgibt. Das stromaufwärts gelegene Ende 69 des Innenmantels 68 befindet sich in einem den hinteren Gebläseabschnitt 2o und den Gasgenerator 34 voneinander trennenden Axialraum 7o, so daß der von dem hinteren Gebläseabschnitt 2o verdichtete und aus diesem austretende Luftstrom zwischen dem inneren Bypasskanal 66 und dem Gasgenerator 34 aufgeteilt wird.

Um dem Triebwerk eine Vorschubkraft zu erteilen, ist eine al_jemein bei 72 dargestellte flächenvariable äußere Auslaßdüse vorgesehen, um den Strom im äuüeren Bypasskanal 58 nach außen zu leiten. Der Strom im inneren Bypasskanal 66 wird mit dem aus der Niederdruckturbine 5o austretenden Gasgeneratorstrom in einem allgemein mit der Hinweiszahl 74 belegten Bereich stromabwärts von der Niederdruckturbine 5o gemischt. Zu diesem Zweck ist eine geeignete Mischeinrichtung 76 an dem stromabwärts gelegenen Ende des inneren Bypasskanals 66 und stromaufwärts von der Auslaßdüse 72 des äußeren Bypasskanals vorgesehen.

Um den Schub bei großen Mach-Zahlen weiter zu vergrößern, kann ein Nachbrenner 78 stromabwärts von der Mischeinrichtung 76 angeordnet werden. Die gemischten Ströme vom Gasgenerator 34 und dem inneren Bypasskanal 66 werden von einer geeigneten flächenvariablen doppeltrichterförmigen Auslaßdüse 77 abgelassen, die am stromabwärts gelegenen Ende des Zv.-i; ohenmantels 6o ausgebildet und von der äußeren Ablaßdüse 72 umgeben ist.

Bekannte Mischstromtriebwerke können nicht wirkungsvoll über einen variablen Schubuereich arbeiten, da sie während eines Fluges mit geringem Schub recht große einlaßseitig*= Stromungswiderstarxdspegel·

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aufweisen. In typischer Weise ist der Einlaß eines Gasturbinentriebwerks auf den maximalen Schub desselben bemessen. Wenn jedoch der Triebwerksschub unter diesen Maximalschub vermindert wird, ist der Luftstrombedarf des Triebwerks beträchtlich kleiner als der dem Einlaß zugeführte gesamte Luftstrom. Der überschüssige Luftstrom begründet einen einlaßseitigen Überström-Strömungswiderstand, was zu einer erheblichen Vergrößerung des vorgesehenen Treibstoffverbrauches bekannter Mischstromtriebwerke führt. Die sich durch die vorliegende Erfindung ergebende Strömungsvariabilität ermöglicht es, daß der zum Triebwerkseinlaß 14 gelangende Luftstrom über einen weiten.Bereich von Triebwerksschubwerten auf einem angepaßten Auslegungs- bzw. Bemessungspegel gehalten werden kann. Hierdurch werden der mit bekannten Mischstromtriebwerken verbundene einlaßseitige tiberström-Strömungswiderstand und das starke Ansteigen des TreibstoffVerbrauches vermieden.

Das zyklusvariable Triebwerk aus Figur 1 besitzt eine hochgeradige

Strömungsmodulation. Die Tatsache, daß sich die

Einlasse zum äußeren Bypasskanal 58 sowie zum hinteren Gebläseabschnitt 2o stromabwärts vom vorderen Gebläseabschnitt 18 und sich die Einlasse -zum inneren Bypasskanal 66 sowie zum Gasgenerator stromabwärts vom hinteren Gebläseabschnitt befinden, führt in Verbindung mit variablen Einlaßführungsflügeln bzw. -schaufeln und variablen Statorsegmenten der vorderen sowie hinteren Gebläseabschnitte dazu, daß der gesamte einlaßseitige Luftstrom zwischen dem äußeren Bypasskanai 58, dem inneren Bypasskanal 66 und dem Gasgenerator 34 in veränderlichen Anteilen aufgeteilt werden kann, so daß das TriebwerksbypassverhäJ■nis über einen weiten Bereich veränderbar ist, während der einlaßseitige Gesamtluftstrom des Triebwerks auf einem angepaßten Auslegungspegel gehalten wird. Im einzelnen führt eine Vergrößerung des Anteils des zu den äußeren und inneren Bypasskanälen 58 und 66 geleiteten Gesamtluftstroms bei einer Verminderung des Stroms durch den Gasgenerator 34 zu einem höheren Triebwerksbypassverhältnis. In ähnlicher Weise führt eine Verminderung des Anteils des Gesamtluftstroms zu den Bypasskanälen 58 und 66 bei einer Vergrößerung des Luftstroms zum Gasgenerator 34 zu einem kleineren Bypassverhältnis.

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Durch Antreiben des hinteren Gebläserotors 3o mit der Hochdruckturbino 44 wird die gesamte Arbeitsleistung des Gebläses 16 auf die Hochdruckturbine 44 und die Niederdruckturbine 5o aufgeteilt. Dieser Aufbau ist besonders zweckmäßig beim Niederschubbetrieb des Triebwerks mit großem Bypasstrom. Bei solchen Bedingungen wird das Bypassverhältnis vergrößert, indem ein größerer Teil ücs gesamten Einlaßluftstroms durch den äußeren Bypasskanal 58 und den inneren Bypasskanal 66 um den Gasgenerator geleitet wird. Dies erfolgt durch Einstellen der variablen Einlaßführungsilügel und Statorsegmente der vorderen und hinteren Gebläseabschnitte, um den hindurchgelangenden Strom zu vergrößern, und durch Einstellen der Gasgeneratordrehzahl sowie der variablen Einlaßführungsflügel 79, um den Strom zum Gasgenerator zu vermindern. Bei dieser Betriebsart erfordert der Druckanstieg im vorderen Gebläseabschnitt 18 und hinteren Gebläseabschnitt 2o eine relativ große Energieentnahme von den Turbinen, die diesen Gebläseabschnitten Rotationsenergie zuführen. Da jedoch bei dieser NiederSchubbetriebsart mit großem Bypassverhältnis der Gasgeneratorstrom bedeutend vermindert ist, ist die zum Antreiben des Kompressors 36 des Gasgenerators erforderliche Energie kleiner als bei Hochschubbedingungen. Somit ergibt sich ein Überschuß an Energieextraktionspotential in der Hochdruckturbine. Diese überschüssige Kapazität der Hochdruckturbine wird zum Antreiben des hinteren Gebläseabschnitts 2o benutzt, um die von der Niederdruckturbine 5o abverlangte Arbeitsleistung zu vermindern. Die sich hieraus ergebende Verminderung bezüglich des erforderlichen Energieextraktionspotentials der Niederdruckturbine ermöglicht es, daß diese bei niedrigeren Druckverhältnissen arbeiten kann, wodurch die Leistungserfordernisse der Niederdruckturbine vermindert werden und/oder ein Verwenden einer kleineren Anzahl von Niederdruckturbinenstufen möglich ist, woraus sich Einsparungen bezüglich der Kosten, des Gewichts und des Kühlstroms ergeben. Während der Niederdruckturbinenrotor 52 als ein solcher mit drei Stufen dargestellt ist, kann für einige Anwendungen auch eine einzelne Stufe für den Rotor 52 benutzt werden.

Das erfindungsgemäße Triebwerk hat ferner eine größere Strömungsanpassungsfähigkeit als bekannte Gasturbinentriebwerke mit ge-

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teiltem Gebläse. Da der hintere Gebläseabschnitt direkt an die Hochdruckturbine angekoppelt ist, kann er mit anderen und höheren Drehzahlen als die an die Niederdruckturbine angekoppelten Gebläseabschnitte betrieben werden. Das ermöglicht eine größere Anpassungsfähigkeit bezüglich des Aufteilens des Einlaßluftstroms zwischen den äußeren sowie inneren Bypasskanälen und dem Gasgenerator, und es läßt sich ein höherer Druckanstieg am hinteren Gebläseabschnitt 2o erreichen.

Bei einem Betrieb des Triebwerks mit großem Schub und kleinem Bypassverhältnis sind die variablen Einlaßführungsflügel und Statorglieder der vorderen sowie hinteren Gebläseabschnitte entsprechend eingestellt, um den Strom in den inneren sowie äußeren Bypasskanälen zu vermindern und den Strom zum Gasgenerator 34 zu vergrößern. Obwohl während solcher Flugbedingungen die Energieentnahmeerfordernisse für die Hochdruckturbine ansteigen, wird das gesamte Energieentnahmepotential der Hochdruckturbine nicht überschritten. Dies gilt zum Teil wegen des vergrößerten Zusatzluftstroms vom hinteren Gebläseabschnitt 2o zum Gasgenerator 34 und des vergrösserten Druckanstiegs am hinteren Gebläseabschnitt 2o infolge der höheren Drehzahlen der Hochdruckturbine bei dieser Betriebsart.

In Figur 2, wo gleiche Hinweiszahlen die zuvor erwähnten Komponenten bezeichnen, ist eine andere Ausführungsform für ein Gasturbinentriebwerk nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses Triebwerk weist einen.einzigen Bypasskanal 8o statt eines doppelten Bypasskanalaufbaues wie in Figur 1 auf. Das Gebläse 16 dieser Ausführungsform ist wie bei der' Ausführungsform aus Figur 1 in einen vorderen sowie einen hinteren Gebläseabschnitt 18 und 2o aufgeteilt. Ein ringförmiger Mantel 82 befindet sich zwischen dem äußeren Triebwerksrumpf 12 und dem inneren Triebwerksmantel 68. Das stromaufwärts gelegene Ende des mittleren Mantels 82 befindet £>ich in dem axialen Raum 22 zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten. Das stromabwärts gelegene ίade des mittleren Mantels 82 li^gt etwa in einer Ebene mit dem Einlaß 4o zum Gasgeneratorkompressor 36. Ein allgemein mit der Hinweiszahl 86 bezeichnetes ringförmiges Umleitventil ist am stromabwärts gele-

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- Io -

genen Ende des mittleren Mantels 82 festgelegt, um ein Mittel zum Modulieren bzw. Beeinflussen des Bypasskanalstroms zu bilden. Das Umleitventil weist eine ringförmige angelenkte Klappe 88 auf, die am stromabwärts gelegenen Ende des mittleren Mantels 82 schwenkbar angebracht ist und sich stromabwärts in den Bypasskanal 8o erstreckt. Es ist ein geeignetes Betätigungsmittel vorgesehen, das ein linear wirkendes Betätigungsorgan 9o mit einem Steuerungsarm 92 sein kann, der sich in Antriebseingriff mit der ringförmigen Klappe 88 befindet. Dieses Betätigungsmittel dient zum Schwenken der Klappe 88 um das stromabwärts gelegene Ende des mittleren Mantels bzw. der mittleren Verkleidung 82. Das Umleitventil· 86 kann zwischen einer in Figur 2 dargestellten Öffnungsposition, in der das stromabwärts gelegene Ende der Klappe 88 gegen die Innenwandung des äußeren Triebwerkmantels 12 stößt, zu einer in Figur 2 gestrichelt dargestellten Schließposition bewegt werden, in der das stromabwärts gelegene Ende der Kiappe 88 an der Außenwandung des inneren Triebwerkmanteis 68 anlegt, wobei alle Positionen zwischen den vo^ständig geöffneten und vollständig geschlossenen Positionen eingeschlossen sind. In seiner in Figur 2 dargestellten vollständig geöffneten Position verschließt das Umleitventil 86 den Bypasskanal· an einem strom ab wärts vom hinteren Gebiäseabschnitt 2o geiegenen Punkt, so daß der gesamte vom vorderen Gebläseabschnitt 18 abgegebene Luftstrom zum hinteren Gebiäseabschnitt 2o geleitet wird. Danach wird die von beiden Gebläseabschnitten verdichtete Luft zwischen dem Bypasskanal 8o und dem Gasgenerator 34 aufgeteilt. In seiner in Figur 2 gestrichelt dargestellten voll·- ständig geschlossenen Position unterbindet das Umleitventil 86 einen Strom von dem hinteren Gebläseabschnitt 2o zum Bypasskanal· 8o, so daß der aus dem vorderen Genäse, »schnitt 18 austretende Strom auf den Bypasskanal 8o und den hinteren Gebläseabschnitt aufgeteilt wird. Der gesamte vom hinteren Gebiäseabschnitt 2o abgel·assene Strom gel·angt zum Gasgenerator 34. Dieser Aufbau ermöglicht eine Steuerung des Druckpegels des inneren Bypasskanalstroms in einer direkten Funktion der Schwenkposition des Umieitventiis 86, wodurch ein hohes Maß an Strömungsbeeinflussung ohne Verwenden eines Doppelbypasskanal·aufbaues wie bei der Ausführungsform aus Figur 1 ermögiicht wird.

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Bei der Ausfuhrungsform aus Figur 2 ist der hintere Gebläserotor 3o ähnlich wie bei der Ausführungsform aus Figur 1 direkt über die Antriebswelle 48 mit der Hochdruckturbine 44 gekoppelt. Die vergrößerte Strömungsbeeinflussung infolge des Umleitventils 86 und der separaten Drehzahlsteuerung des hinteren Gebläseabschnitts 2o wegen seiner Verbindung mit der Hochdruckturbine 44 ermöglicht es, daß das Gasturbogebläsetriebwerk aus Figur 2 über einen weiten Bereich von Triebwerksbypassverhältnissen und Schubpegeln betrieben werden kann, wobei stets der gesamte Einlaßluftstrom auf einem angepaßten Auslegungspegel gehalten wird.

Die Gebläsekonfiguration nach der vorliegenden Erfindung ist auch auf Gasturbinentriebwerke anwendbar, bei denen die Gebläseabschnitte nicht geteilt, sondern eng beieinander angeordnet sind. In den Figuren 3, 4 und 5, bei denen ähnliche Hinweiszahlen die zuvor genannten Komponenten bezeichnen, ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gasturbinentriebwerks nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei sind die vorderen und hinteren Gebläseabschnitte 18 und 2o eng gekoppelt und nicht durch einen axialen Raum wie bei den Ausführungsformen aus den Figuren 1 und 2 getrennt. Die von dem Teilen der Arbeitsleistung der Niederdruckturbine durch entsprechendes Verbinden einer oder mehrerer hinterer Gebläserotorschaufeln herrührenden Vorteile ermöglichen eine Ausnutzung bei der Gestaltung des Niederdruckturbinensystems dieser Ausführungsform wie auch der Aus führungs formen aus den Figuren 1 und 2. Um den Luftstrom des vorderen Gebläses über weit veränderbare Bypassverhältnisse und Schubpegel an den Luftstrom des hinteren Gebläses angepaßt zu halten, kann zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten ein Kanal 94 vorgesehen sein, so daß überschüssiger Luftstrom vom vorderen Gebläseabschnitt um den hinteren Gebläseabschnitt 2o zum Bypasskanal 96 abgezweigt werden kann. De^. Einlaß 1oo des Kanals 94 befindet sich zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten 18 sowie 2o, und sein Auslaß 1o2 befindet sich in Strömungsverbindung mit dem Bypasskanal 96 an einer stromabwärts von den Einlassen zum hinteren Gebläseabschnitt 2o und zum Gasgenerator 34 gelegenen Stelle. Am Einlaß loo zum Kanal 94 ist ein allgemein mit der Hinweiszahl Io4 bezeichnetes ge-

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iigivstss Ventil vorgesehen» Das am besten aus der. Figuren 4 und 5 i-':sLjh'tli.c^i Ventil "Iο4 "-;~^st eins Klangs '!öS auf, die bei 1o8 • ^'^.--iiiiiba:" ","."■ stromaufv/Hr-cs gelegenen Ende des Kanals 94 angelinkt ^Su. Zs ist sin geeignetes Betätigungsorgan 11c nu t einem i:.r. in Antriebssingriff r.it der Klappe ¹Ob befindlichen Steue- ::ir..'S^rü 1 '■. 2 vorgesehen,, um die Klappe Icä um das stromaufwärts :-il£:Vsr.5 .Tnde -äes Kanals 54 zu schwenken., Die Klappe Ιοβ hat iine:; . =;;.;';;;;5Π Querschnitt₇ se daß sis ~u eir jr in Figur 5 dar-

- ;s"ijl'.ti:. "distäiidia· ceschlcssenen Pcsiticn^ in der der Strom

- * ~ "^ ' — " — '~^ϊτc-'H^de^^{1 T}virc5 tj.^c. zu ei"~^:e"~ i" ^^!ic^T^r ^ C5.^*c^ri3c;ii·^^ "· ^<= :: ;^;.:i '^;:Us"L::r geöffneten Position bewegt xreraen kann, in der r.;;;3 ^.^izi^al= Strciriung ciurch den Kanal 94 inöglich ist, Ferner kann Mi ".läppe ":cS auch zu allen Positionen sv/ischen den vollständig ■rescIiZ-CSsenen und vollständig geöffneten Positionen geschwenkt warden α So ?;ird die Menge des im den hinteren Gebläseabschnitt 5-tgssv/eigter. Luftstroms durch die Position des Ventils 1o4 bestir^iat, so daß unter solchen Flugbedingungen, bei denen der aus dem. "/crderen Gebiässabschnitt 13 austretende gesamte Luftstrom -::sn Bedarf des hinteren Gebiäseabschnitts 2o übersteigt, der Überschuf: :cm Bjpaaskanai 96 abgezweigt werden kann _u während der T;:iib:-;srI:sS^:"Mf.ßluftstrom an den opfciraaien Auslegungspegsl ange-

- ' ·. ζ :"iii£.l;en v;ird. Das die Klappe Ιοβ steuernde Betätigungsorgan ';". z ha;".n ein 5sstandteii irgendeines geeigneten Einlaßführungszlügei-Steuerungssvstsius bekannter Art sein, das die Drehposition das V-antiis 1c4 als Funktion der Gasgeneratordrehzahl steuern kann, Ein derartiges für diesen Zweck geeignetes Steuerungssystem ist im US-Patent 2 S31 168 offenbart»

Bei den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausfuhrungsformen kennen verschiedene Änderungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Während Ausführungsbeispiele mit einfachen und doppelten Eypasskanälen dargestellt sind, kann die Strömungsvariabilität durch Vergrößern der Anzahl der Gebläsestufen una der sich hiermit in Strömungsverbindung befindlichen Bypasskanäle weiter jesteigert werden, ferner können andere als die dargestellten Auislaßdüsen- bzw. Auslaßrohrsysteme benutzt werden, um das Ströimingsbseinflussungsvermögen zu vergrößern. Beispielsweise

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Zb δ'ο · jb

könnte die Ausführungsforiri aus Figur: 1 dadurch modifiziert werden, daß die äußere Auslaßcüse 72 mit einem doppeltricnierförmigen Absah .itt versehen und zn Strömung sr ichtumj über die innere Aus] aßdüse 77 hinaus verlängere v.^:ird_:- £-■ 5 aß die Gase, von dem äußer.:""-Bypasskanal ausgestoßen und die kor^ir.ierten Ströme dann voi_ i."..-.: gemeinsamen flächenvariabi--n doppeltricliterförraigen Düsenaufbau abgelassen werden. Ferner kann die fläcnenvariable Mischeinrichtung 76 durch ein rückseitiges üruie it ventil erse: .; ".~::den.

Zum Zwecke einer einfachen jestaltu.ir wurde die An ■-■'■_-/'. der ir_ äan obigen Ausführungsfo; .;en dargestelizen gecmetrisc. v^riaLlen br&. GeometrieveränderungsiiorntC-i-isnten c.v.f den; sun: Err>r.;:i3". sinea erwünschten Maßes an Strömungavariarilir-äc erf order--.."..criir. Minimum: gehalten; es können jedocr. auch andere Komponente:- riaser art benutzt werden, um ein größeres Ma£ a:i Strömungsbec:- r ui-usaunc: ru erzieien. So können der Kc-iupressor - die Kiederdru;¹;: Turbine und c-ie Hochdruckturbine mit zusätzlichen v£.riablen Statorecnaufein oder variablen Rotorschaufeln -/ersehen werden j. oder es I;ä:i:. 2v;ischer den Hochdruck- und Niederdruclcturbinan sin variablsr lüsens'c:.-schenboden angeordnet werfen- um in. Rannen der ve ^T lerendan Erfindung eina 2usät2li:;hs Anpassungsfähigkeit b-.- :üglich -!er Strcmungsbeeinfiussungzu erreichen.

- Ans

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Claims

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- 14 Ansprüche

„ Gasturbinentriebv/erk mit einem Einlaß zum Zuführen eines Gasstroms zu einem Gasgenerator, der in ströiriungsniäßiger Reihenschaltung einen Kompressor, einen Brenner und eine Hochdruckturbine aufweist, und mit Kanalmitteln zum Umleiten eines Teils

ηβτ"!2·ΐΙ

des Einlaßgasstroms um den Gasgenerator^gekennzeichnet durch ein im Einlaß (14) angeordnetes Gebläse (16} mit einer Vielzahl von unter Axialabstanc angeordneten Rotorstufen (24, 25, 3o) zum Verdichten des Eir.iaßgasstroms und durch eine Niederdruckturbine '"5c) zum Aufnehmen des aus der Hochdruckturbine (44) austretenden Gases, wcbei ein Teil (3o) der Gebläserotorstufen und der Kompressor (36. Rotationsenergie von der Hochdruckturbine '/Λ_s über eine Antriebswelle (48) erhalten, die diesen Teil ·'.Se., der Gebläss^tufen und den Kompressor (36) mit der Hochdruckturbine (44; verbindet, und wobei der übrige Teil (24, 25.. der Gebläsestufen Rotationsenergie von der Niederiruckturbine (5o) über eine zweite Antriebswelle (56) erhält, ila der. übrigen Teil ;24, 25) der Gebläsestufen mit der Niederaruckturbine (5o) verbindet, wodurch die Rotationsenergieerfordernisse des Gebläses (16) auf die Hoch- und Niederdruckturbinen (44, 5o) aufgeteilt werden.

_„ Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (16) einen von der Niederdruckturbine (5o) Rotationsenergie erhaltenden vorderen Gebi eabschnitt (18) und einen hinteren Gebläseabschnitt (2o) aufweist, der stromabwärts vom vorderen Gebläseal:schnitt (18) angeordnet ist und von der Hochdruckturbine (44] Rotationsenergie erhält.

ö. Gasturbinentriebv/erk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß äis Bypasskanalmittel einen zum Gasgenerator (34) konzentrischen, inneren Bypasskanal (66) mit einem stroniabv/ärts vor;, hinteren Gebläseabschr.itt (2o) und etwa in einer Ebene mit dein EirilaE zum Gasgenerator (34) angeordneten Einlaß aufweisen, so daß der vom hintersn "shläseabschnitt ;2o) austretende Gasstrom zwischen dem Gasgeiverr-.^oi. (34} und dem inneren Bypasskanai (66)

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aufgeteilt wird, und daß die Bypasskanainiittel ferner -ainen zuia inneren Bypasskanal {66) konzentrischen äußeren Sypassksnal (58) mit einem stromabwärts vom vorderen GebläsüaLschr.'tt : '„. uad etwa in einer Ebene mit dem Einlaß zum hinterer- Geiläseabschnitt (2o) angeordneten Einlaß aufweisen, se daß dar aus dem vorderen Gebläseabschnitt (18) austretende Luftstrom zwischen dem hinteren Gebläseabschnitt (2c-; und dea äußer an By passkanal (58) aufgeteilt wird.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3.- gekennzeichnet durch sirj zum äußeren Bypasskanal gehörige AusdaBdüse (72) aiun Ablassen des aus dem äußeren Bypasskanal (58) gelangenden Gasstroms, durch eine Mischeinrichtung (76) ^um Verrauschen der Au3laßscrcme des inneren Bypasskanals (66} und der ili3derdruckcu:;bine (5o) und durch eine von der äußeren AuslaMüse (72} ur.gefaene innere Auslaßdüse (77) zum Ablassen der gemischten Aus!abströme des Gasgenerators (34) und dt-s inneren Bypasskanals -'-So) .

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2 ₇ gekennzeichnet durch stromabwärts vcm hinteren Gebli^eabsÄnitt (2o) angeordnete Umleit- bzw. Ablenkventi!mittel (86) ζνΰΐΐ Steuern dor Gasstrom· menge vom vorderen Gebläseabschnitt '.1Sj zu den 3ypasskanalmitteln. (bo) , dem hinteren Gebiäseabschnit'i (2o) und dem Gasgenerator (34) mit einer ersten Position, in der dsr gesamte aus dem vorderen Gebläseabschnitt (18) austretende Gasstrom ζ hinteren Gebläseabschnitt (2o) geleitet sowie von diesem verdichtet wird, und mit einer zweiten Position, in dar der gesamte aut dem hinteren Gebläseabschnitt (2o) austretende Gasstrom zum Gasgenerator (34) geleitet wird.

6. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (16) einen von der Niederdruckturbine (5o) Rotationsenergie erhaltenden vorderen Gebläseabschnitt (18) und einen hiervon nur unter kleinem Abstand stromabwärts angeordneten sowie von der Hochdi,ckturbine (44) Rotationsenergie erhaltenden hinteren Gebläseabschnitt (2o) aufweist und daß ferner zwischen den vorderen und hinteren Gebläseabschnitten (18, 2o)

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Leitungs- bzw. Kanalmittel (94, 1oo) zum wahlweisen Abzapfen überschüssiger Strömung des vorderen Gebläses (18) von dem hinteren Gebläseabschnitt (2o) sowie dem Gasgenerator (34) in die Bypasskanalmittel (96) vorhanden sind.

7. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalmittel (94, 1oo) ferner Ventilmittel (Io4) zum Beeinflussen des abgezweigten Luftstroms im Kanal als Funktion der Gasgeneratordrehzahl aufweisen.

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