DE1948363A1 - Gasturbinen-Strahltriebwerksanlage - Google Patents

Description

Patentanwälte , 1 2 2 D

Dipl. Ing. C-Wallach

Dipl. Ing· G-Koch '

Dr. T. Haibach 1948363

München 2 _{n Ca} ._ftÄ

Kaufin8ef8lr.8.Tel.24O276 24, Sep. 1969

ROLLS-EOICE LIMITED Derby, Derbyshire, Grossbritannien

Gasturbinen-Strahltriebwerksanlage

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Strahltriebwerksanlage und insbesondere, obwohl nicht ausschliesslich, eine als VTOL-Triebwerk bestimmte Anlage, die in einem Flugzeug mit im wesentlichen vertikaler Achse des Triebwerks angeordnet ist.

Bei solchen Triebwerken ist es aus offensichtlichen GrUnden wichtig, dass ihre axiale Länge so kurz wie möglich sein soll und dies lässt sich auf Kosten der Stirnfläche erzielen, die bei derartigen VTOL-Triebwerken weniger wichtig ist,

Es sind bereits Triebwerksanlagen bekannt, bei welchen eine freie Turbine in der Abgasleitung angeordnet ist und diese freie Turbine ein in einer selbstständigen Gebläseleitung angeordnetes Gebläse betreibt. Hier trat jedoch das Problem auf, dass die die Turbine antreibenden Abgase zu heiss waren, um den wirksamen Betrieb der freien Turbine zu gewährleisten und dass die Turbine daher auch aus besonderen warmfesten Legierungen hergestellt werden musste.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu beheben} sie ist dadurch gekennzeichnet, dass daa Triebwerk ein Nebenstromtriebwerk mit einer an eich bekannten Nebenstromleitung

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ist, wobei diese Nebenstromleitung mit einer Abgasleitung in Verbindung steht.

Beim Betrieb des Triebwerks können sich die Nebenstromluft und die Afrgase der Hauptabgasleitung in der Abgasleitung vermischen und diese Mischung strömt dann durch die freie Turbine.

Vorzugsweise hat die Abgasleitung Perforierungen, sodass beim Betrieb Gase aus dieser Leitung in einen radial innerhalb des Gebläses liegenden Kaum strömen können, um dieses zu kUhlen.

Die Turbine oder Turbinen des Triebwerks und die freie Turbine können im wesentlichen in derselben radialen Ebene liegen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor, welche einen axialen Querschnitt durch eine bevorzugte AusfUhrungsforin einer erfindungsgemässen Triebwerksanlage darstellt.

Pie Zeichnung zeigt eine Gasturbinen-Strahltriebwerksanlage 10 mit einer Längsachse 11, um welche beim Betrieb des Triebwerke die rotierenden Teile eines Gaserzeugers 12 umlaufeh.

Dieser Gaserseuger hat die Form eines Gasturbinen-Nebenetrom- triebwerks, welches die zum Betrieb einer freien, zweistufigen Axialturbine 13 norwendigen Gase liefert. Der Gaserzeuger 12 uBfaeat, in axialer jftromungsrichfung einen zweistufigen

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Niederdruckkorapreesor 151 einen dreistufigen Hochdruckkompreesor 16, eine Verbrennungsanlage 17, eine einstufige H°chdruckturbine 18 und eine zweistufige Hiederdruckturbine I9. Der Niederdruckkompressor 15 wird von der Niederdruckturbine 19 Uber eine Welle 20 angetrieben; der Hochdruckkompreesor 16 wird von der einstufigen Hochdruckturbine 18 Ubar eine Welle 21 angetrieben, welche koaxial zur Welle 20 angeordnet ist und diese umgibt. Zwischen den einseinen Rotoretufen sind entsprechende Statorstufen angeordnet, wobei jedoch der Niederdruckkompressor 15 keine Einlassschaufeln hat und zwischen der nochdruckturbine 18 und der ersten Stufe der ' Niederdruckturbine 19 keine Statorstufe vorgesehen ist.

Ein Teil der beim Betrieb vorn Hiederdruckkompressor 15 verdichteten Luft strömt durch eine Nebenstromleitung 23, während der Ilauptteil durch die Hauptleitung 25 strömt; die beiden Leitungen sind voneinander durch einen Gehäuseteil 26 getrennt, welcher den Hochdruckkompressor 1G umgibt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Nebenstromleitung 23 radial nach aussen gekrümmt, während die Hauptleitung 25 stromabwärts der Niederdruckturbine 1? eine im wesentlichen iSO-grädige Krümmung aufweist und dann in wesentlichen wieder axial verläuft. In der radial ausserhalb des EochdruckkompresEors 1b liegenden Zone ist die Leitung 25 mit der Neblnstrotnleitunc 23 verbunden, sodass beim Betrieb vom !liederdruckkonipressor 15 erzeugte Druckluft und Abgase sich durchmischen und der freien Turbine 13 zugeleitet werden. Die Lotung, in welcher die freie Turbine 13 angeordnet ist,

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kann als edjie Abgasleitung 27 betrachtet werden. Die radial aussen liegende Wandung der Leitung 27 wird durch einen Gehäuseteil 28 gebildet, welcher auch die radial aussen liegwnde Wandung des Niederdruckkompressors 15 bildet.

Die zweite oder stromabwärtige Stufe 32 der freien Turbine trägt ein damit in einem StUck gebautes Gebläse 30. Das Gebläse 30 ist in einer Gebläseleitung J>h angeordnet, die durch den radial aussen liegenden Teil des Gehäuseteils 28 und ein äusseres Gehäuse 29 gebildet wird. Die zweite Stufe 32 der freien Turbine 13 steht stromaufwärts einer Statorstufe 35 und eine Statorstufe 36 folgt auf das Gebläse 30, wobei die beiden Statorstufen 35, 36 nicht einstückig gebaut sind.

Es ist zu ersehen, dass die durch die Leitung 27 strömenden Gase eine Mischung aus Nebenstromluft und Abgasen der Hauptabgasleitung umfassen, wobei die letzteren aus dem Gaserzeuger stammen und die Mischung dazu dient, die freie Turbine anzutreiben. Dementsprechend ist die Temperatur dieser Mischung bedeutend niedriger, als wenn die Turbine nur durch die Abgase betrieben wurde. Infolge dieser Ktthlung kann die freie Turbine 13 aus einem leichteren Werkstoff hergestellt werden, da warmfeste Werkstoffe oder Legierungen im Allgemeinen schwerer sind. Dieses Mchtere Material kann ein durch Fasern verstärktes Kunstharz sein.

Zwischen der radial aussen liegenden Wandung der Hauptleitung 25 und dem radial innen liegenden Ende der Leitung 27 ist

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Ringraum gebildet; dieser Kingraum kO nimmt die Rotorwelle der zweistufigen freien Turbine 13 in dazu vorgesehenen Lagern h2 auf.

Zum KUhlen des Aufbaus im Raum kO ist eine Öffnung in der inneren Wandung der Leitung, z.B. bei *f1 , vorgesehen, sodass eine KUhlmischung von Abgasen und Nebenstromluft durch den Raum kO strömen kann, um die Lager *f2 und andere Teile zu kühlen} erwUnschtenfalls kann auch eine KUhlung fUr die Statoren 35 und ggfls auch 36 vorgesehen sein, indem diese Statoren Hohlkonstruktionen sind und die Mischung zwecks KUhlung derselben in der Richtung der eingezeichneten Pfeile durchströmt.

Die TriebWerksanlage 10 der bevorzugten AusfUhrungsform hat eine grosse Stirnfläche, aber eine geringe axiale Länge und das Gebläse 30 ist vollkommen innerhalb der axialen Länge des Gaserzeugers 12 angeordnet. Infolgedessen eignet sie sich besonders gut als Senkrechthubtriebwerk, das in einem Flugzeug mit im wesentlichen vertikaler Achse 11 angeordnet ist.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Yiasturbinen-Strahltriebwerksanlage mit einem Gasturbinenstrahl- ^--^triebwerk mit einer Hauptleitung, die mit einer Abgasleitung in Verbindung steht, in welcher eine freie Turbine angeordnet ist, welche ein mit ihr umlaufenden Gebläse trägt, wobei dieses Gebläse vollkommen innerhalb der axialen Länge des Triebwerks in einer die Abgasleitung umgebenden Gebläseleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Triebwerk ein Nebenstromtriebwerk (23), dessen Nebenstroraleitung (23) mit einer Abgasleitung (2?) in Verbindung steht.

2. -Triebwefksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb die Nebenstromleitung (23) und die Hauptabgasleitung (25) sich überschneiden und mit der genannten Abgasleitung (27) kommunizieren, sodass die N^ebenstromluft und die Abgase sich vermischen und diese Mischung dann durch die freie Turbine (13) strömt.

3· Triebwerksanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (27) gelocht ist, sodass beim Betrieb Gase durch diese Löcher in einem radial innerhalb des Gebläses liegenden Raum (40) zwecks KUhlen desselben strömen.

4.Triebwerksanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (19) des Triebwerks und die freie Turbine (13) im wesentlichen in derselebn radialen Ebene liegen.

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