DE1751094A1

DE1751094A1 - Stroemungsmaschine

Info

Publication number: DE1751094A1
Application number: DE19681751094
Authority: DE
Inventors: Frank Littleford
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1967-04-03
Filing date: 1968-04-02
Publication date: 1970-08-13
Also published as: US3494539A; GB1118898A; FR1556914A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. CUlfr/^fttOf 7 * - ? 4 DIPL-ING. GÜNTHER KOCH ' "^1751094 DR. TINO HAIBACH

8MUNCHEN^ ²*

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Rolls-Royce Limited, Derby, Derbyshire, England.

Strömungsmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsmaschine, z.B. auf inen Kompressor oder eine Turbine eines Gasturbinenstrahltriebwerkes oder eines hiervon getriebenen Gebläses.

GemäiD der Erfindung ist eine mit mehreren, winkelmäßig versetzten Rotorschaufeln versehene Strömungsmaschine in der Weise ausgebildet, daß die Rotorschaufeln von einer Hülse sich radial nach außen erstreckend getragen werden, daß eine Innenhülse innerhalb der erwähnten Hülse gelagert ist, wobei die beiden Hülsenkörper miteinander derart in Eingriff stehen, daß ein Antrieb zwischen ihnen stattfindet, und daß eine Nabe konzentrisch innerhalb der inneren Hülse gelagert und mit dieser über eine Vielzahl winkelmäßig versetzter Streben verbunden ist, wobei der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben beträchtlich größer ist als jener zwischen benachbarten Schaufeln.

Bei einer derart gemäß der Erfindung ausgebildeten Strömungsmaschine wird eine übermäßige Materialverdrängung der Schaufeln an

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der Nabe vermieden.

™ fein.

Vorzugsweise sind die Streben nach der Strömung hin offen, aber sie sind so gestaltet, daß sie im wesentlichen keine Wirkung auf die Energie ausüben, die der Strömung innerhalb der Maschine innewohnt.

Die Schaufeln sind vorzugsweise so gestaltet, daß sie eine konstante Wirkung vom Schaufelfuß bis zur Spitze auf die Energie ausüben, die sie der durch die Maschine fließenden Strömung aufprägen.

Da, wie oben erwähnt, eine übermäßige Materialanhäufung der Schaufeln an der Nabe vermieden wird, können die Schaufeln so gestaltet sein, daß die im wesentlichen konstante Wirkung ausgeübt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine auf den maximalen Wert erhöht wird. Ein solch maximaler Wirkungsgrad könnte jedoch nicht erreicht werden, wenn eine solche Materialanhäufung vorhanden wäre.

Der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben ist wenigstens doppelt so groß wie der Winkelabstand zwischen benachbarten Schau-

Es können Mittel vorgesehen sein, die eine begrenzte Radialbewegung zwischen Nabe und Hülse zulassen.

So können mehrere, im Winkelabstand zueinander liegende Sektoren der inneren Hülse und der äußeren Hülse mit Eingriffszähnen versehen sein, die miteinander in Eingriff stehen.

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Außer in den mit den Verzahnungen versehenen Sektoren können Innenuriä Außenhülse radial im Abstand zueinander liegen, um die begrenzte Radialbewegung dazwischen zu ermöglichen.

Die äußere Hülse kann aus einem faserverstärkten oder einem anderen Material bestehen und im Winkelabstand zueinander liegende sektorförmige Einsätze tragen, die mit den Zähnen versehen sind.

Die Schaufeln bewirken vorzugsweise eine Kompression des Strömungsmittels. So können die Schaufeln jene eines Gebläses sein, das

herum ringsum ein Gasturbinenstrahltriebwerk/angeordnetiist und von diesem

getrieben wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einem an der Vorderseite angeordneten Gebläse nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Sohnittansicht von Teilen der Auebildung nach Fig.l in größerem Maßstab,

Fig. j? eine abgebrochen dargestellte Vorderansicht, betrachtet in Richtung des Pfeiles J gemäß Fig.l,

Fig. 4 einen S^hnittansioht nach der Linie 4-4 gemäß Fig.2.

Fig. 1 zeigt ein Marschtriebwerk für ein Flugzeug, bestehend aus einem Gasturbinenstrahltriebwerk IC, mit einem Triebwerksgehäuse 11, in dem in StröT:ur.gsrichtung hintereinander Sinlaileitschaufelr; 12,

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BADORlGfNAL

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ein oder mehrere Kompressoren/(Fig.2)_# eine Verbrennungseinrichtung (nicht dargestellt) und eine oder mehrere Turbinen (nicht dargestellt) angeordnet sind.

Konzentrisch um den Vorderabschnitt des Triebwerksgehäuses 11 ist ein Gebläsegehäuse l4 gelegt, in dem mehrere,im Winkelabstand liegende Rotorschaufeln 15 eines Gebläses gelagert sind. Die Rotorschaufeln 15, die aus Epoxydharz oder anderem synthetischen Kunstharz bestehen können, werden von einer Hülse 16 getragen und erstrecken sich von dieser radial nach außen.

Die Hülse 16 besteht aus kompaktem faserverstärktem Werkstoff. Die Fasern können aus Kohlenstofffaser oder Glas bestehen und mit einem Epoxydharz oder -einem anderen synthetischen Kunstharz überzogen sein. Stattdessen können sie auch mit Metall oder einer Legierung, z.B. mit einer Nickel-Chrom-Legferung,überzogen sein.

Die Hülse 16 weist mehrere (z.B. drei oder vier) im Winkelabstand zueinander liegende sektorförmig gestaltete Einsätze 20 auf, die in der Hülse eingebettet sind. Diese Einsätze 20 sind mit Zähnen 21 (Fig.4)versehen, die mit Zähnen 22 kämmen, welche an mehreren entsprechend im Winkelabstand angeordneten Sektoren einer Innenhülse 2 J befindlich sind, die innerhalb der Hülst 16 gelagert ist. Außer im Bereich dieser Sektoren sind Innenhülse 2j5 und Außenhülse · 16 radial im Abstand zueinander derart gelagert, daß eine begrenzte Radialbewegung dazwischen möglich ist.

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Die Innenhülse''ist mit den radial äußeren Enden mehrerer im Winkelabstand angeordneter Aluminiumstreben oder anderer Streben 24 verbunden, die radial von einem Nabenkörper 25 vorstehen. Der

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Nabenkörper ist konzentrisch innerhalb der Hülse 16 und der Innenhülse 23 gelagert. Wie aus den Pig.3 und 4 ersichtlich, ist der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben 24 sehr viel größer als der Winkelabstand zwischen benachbarten Schaufeln 15 und dieser Abstand kann doppelt so groß oder größer sein. Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, daß eine Materialanhäufung von Schaufelmaterial 15 an der Nabe 25 vermieden wird, was sonst der Fall wäre, wenn die Schaufeln an der Nabe ansetzen würden. Hierdurch wird es weiter möglich, daß die Schaufeln 15, wie aus Fig.3 und 4 ersichtlich, so gestaltet werden, daß sie vom Schaufelfuß bis zur ?^rthaufelspitze im wesentlichen eine konstante Arbeit auf die hindurchtretende Luft ausüben, die innerhalb des Kanals hierdurch komprimiert wird. Schaufeln, die eine derartige konstante Arbeit über die gesamte Höhe bewirken, sind zweckmäßig, um den Wirkungsgrad des Gebläses auf einen maximalen Wert zu bringen.

Wenn jedoch im Gegensatz hierzu das Schaufelmaterial am Nabenkörper angehäuft wäre, dann wäre trotz konstanter Arbeit über die gesamte Höhe diese Arbelt sehr klein, weil sie nicht größer sein könnte als die maximale, am Schaufelfuß erzeugte Arbeit und diese Arbeit ist wiederum durch die Geschwindigkeit der Schaufel begrenzt, die am Schaufelfuß am geringsten ist. Bei der erfindungsgemKßen Anordnung haben die Schaufelfüße jedoch einen gewissen Abstand von der Nabe und bewegen sich daher mit größerer Umfangsgeschwindigkeit.

Andererseits sind die Streben 24, obgleich sie nach defi durch das Gasturbinentriebwerk hindurchströmenden Luft offen sind, so gestaltet, daß im wesentlichen keine Arbeit auf diese Luft ausgeübt

" wird.

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Wie aus Fig.2 ersichtlich, wird der Nabenkörper 25 über eine Kupplung 26, z.B. durch eine Kupplung, die unter dem Warenzeichen "Curvic" vertrieben wird, von einer Welle 27 angetrieben, die ihrerseits durch die nicht-dargestellte Turbine des Triebwerkes angetrieben wird. Dieser Antrieb wird den Rotorschaufeln 15 über die Streben 2k und die Verzahnung 21,22 übertragen, wobei eine begrenzte Radialbewegung zwixschen der Nabe 25 und der Hülse 16 möglich ist. Diese begrenzte Radialbewegung ermöglicht eine gewisse differentielle thermische Ausdehnung.

Patentansprüche fr

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Claims

Patentansprüche t

Ii Strömungsmaschine mit mehreren, im Winkelabstand zueinander liegenden Rotorschaufeln,
dadurch gekennzeichnet ,

daß die Schaufeln (15) von einer Hülse (l6) getragen werden und sich von dieser radial nach außen erstrecken, daß eine Innenhülse (25) innerhalb der AußenhUlse (16) gelagert ist, wobei Innenhülse und AußenhUlse miteinander in Eingriff stehende Teile (20) aufweisen, um eine Antriebsverbindung zwischen den beiden Teilen zu bewirken, und daß eine Nabe (25) konzentrisch innerhalb der InnenhUlse gelagert und mit dieser über mehrere im Winkelabstand zueinander liegende Streben (24) verbunden ist, wobei der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben beträchtlich größer ist als der Winkelabstand zwischen benachbarten Schaufeln.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,

daß die Streben (24) der Strömung ausgesetzt, aber so gestaltet sind, daß sie im wesentlichen keinen Einfluß auf die Energie der durch das Triebwerk fließenden Strömung ausüben.
3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaufeln(l5) so gestaltet sind, daß sie im wesentlichen eine konstante Wirkung vom Schaufelfuß bis zur Schaufelspitze auf die Energie ausüben, die sie der Luftströmung durch das Triebwerk aufprägen.

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4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkelabstand zwischen benachbarten Streben (24) wenigstens doppelt so groß ist wie jener zwischen benachbarten Schaufeln (15).
5> Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel (21,22) vorgesehen sind, die eine begrenzte Radialbe· wegung zwischen der Nabe (25) und der Hülse (16) zulassen.
6. Strömungsmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere im Winkelabstand zueinander liegende Sektoren (20) der Innenhttlse und der Außenhülse mit miteinander in Eingriff stehenden Zähnen (21,22) ausgestattet sind.
7. Strömung*»schine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß außer in jenen Sektoren InnenhUlse (23) und Außenhülse (16) radial la Abstand zueinander liegen, so daß eine begrenzte Radialbewegung dazwischen stattfinden kann.
8. Strömungsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (16) aus faserverstärktem Material besteht und daß im Winkelabstand linsätze (20) eingefügt sind, die die Zähne (21,22) tragen.

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9. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (15) eine Kompression des Strömungsmittels bewirken.
10. Strömungsmaschine nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (15) jene eines Gebläses (l4) sind, das um ein Gasturbinenstrahltriebwerk (10) herum gelagert 1st und von diesem angetrieben wird.

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