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Propellerantreibende Gasturbine Die Erfindung betrifft eine propellerantreibende
Gasturbine, bei welcher zwei. mechanisch voneinander unabhängige Läufer vorgesehen
sind. Der eine Läufer ist dabei mit dem Kompressor und der andere Läufer über ein
Getriebe mit dem Propeller verbunden. Der mit dem Propeller verbundene Läufer kann
darüber hinaus einen weiteren Kompressor antreiben.
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Das Ingangsetzen derartiger Gasturbinen erfolgt durch Anlassen des
Läufers, welcher vom Propeller unabhängig ist. Der andere Läufer wird auf diese
Weise von dem angelassenen Läufer mittelbar mitgenommen. Der nicht unmittelbar angelassene,
den Propeller antreibende Läufer wird nicht sofort mit dem Anlassen des anderen
Läufers mitgedreht, sondern erst dann, wenn der angelassene Läufer eine bestimmte
Drehzahl erreicht hat.
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Derartige Gasturbinen sind nun mit einer einzigen Ölpumpe ausgerüstet,
welche die Aufgabe hat, einerseits die gesamten Lager der Maschine und des Getriebes
mit Schmiermittel zu versorgen, andererseits Druckflüssigkeit für Hilfssteuervorrichtungen,
z. B. zur Propellerblattverstellung, zu liefern. Diese einzige Ölpumpe wird von
demjenigen Läufer angetrieben, welcher unabhängig vom Propeller ist, also nicht
mit diesem in Verbindung steht, so daß die Lager der Maschine während des Startes
mit 01 versorgt werden. Setzt jedoch während des Laufes der Turbine die Ölzufuhr
aus und wird die Neigung der Propellerflügel nicht unmittelbar verstellt, so wird
der Propeller zufolge des Fahr- oder Flugwindes mit einer sich der normal üblichen
Drehzahl annähernden Drehzahl angetrieben. Der Propellerantriebsläufer der Turbine
wird deswegen ebenfalls mit etwa der normalen Drehzahl durchgedreht, während der
Verdichterantriebsläufer nur mehr eine sehr geringe Drehzahl aufweist. Damit sinkt
die Leistung der Ölpumpe auf ein zu vernachlässigendes Maß herunter. Wein nun der
Propeller auch nur für verhältnismäßig kurze Zeit durch den Fahrwind angetrieben
wird, einer Zeit, innerhalb der es unmöglich ist, die Neigung der Propellerflügel
zu verändern, erhalten die Lager des Getriebes und die Lager des Verdichterantriebsläufers
zu wenig Schmieröl. Das spielt für die Kugel- und Rollenlager nun gerade nicht die
Rolle, aber für die Gleitlager des Zentralrades und der Umlaufräder des Getriebes,
die auf diese Weise zerstört werden könnten.
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Die Erfindung trägt dem dadurch Rechnung, daß in den Antrieb der Ölpumpe
ein Differentialgetriebe, zweckmäßig ein Zahnraddifferentialgetriebe, eingeschaltet
ist in der Weise, daß der eine Läufer mit der einen Welle des Differentialgetriebes,
der andere Läufer mit der zweiten Welle des Differentialgetriebes und die dritte
Welle des Differentialgetriebes mit der Ölpumpe verbunden ist, so daß die Ölpumpe
mit einer Drehzahl angetrieben wird, die der Summe der Drehzahlen beider Läufer
verhältnisgleich ist.
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Die Verwendung eines Differentialgetriebes bei Gasturbinenanlagen
mit mindestens einem Kompressor ist bereits bekannt in der Weise, daß der Turbinenläufer
über ein Differentialgetriebe einerseits mit dem Kompressorläufer und andererseits
mit einem weiteren Arbeitsorgan, z. B. einem Propeller oder einem in einem Leitkanal
befindlichen Gebläse, verbunden ist. Hier handelt es sich darum, mit einem einzigen
treibenden Läufer einen nicht starren Antrieb sowohl des Kompressors als auch des
anderen Arbeitsorgans herbeizuführen, während es sich bei der vorliegenden Erfindung
darum handelt, eine Schmiermittelzufuhr mit einer einzigen Pumpe bei allen auftretenden
möglichen Fällen zu gewährleisten bei einer solchen Maschine, die zwei voneinander
unabhängige Turbinenläufer aufweist.
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Der Antrieb der Ölpumpe mit einem Differentialgetriebe hat folgenden
Vorteil: Setzt nämlich in Flug oder Fahrt die Brennstoffzufuhr aus, so daß die Drehzahl
des vom Propeller unabhängigen Läufers auf einen sehr niedrigen Wert absinkt, dann
wird die Ölpumpe dennoch, zufolge des Drehens des Propellers, mit einer genügenden
Drehzahl angetrieben, und die Schmierölversorgung ist nicht unterbrochen.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen einer propellerantreibenden
Gasturbine, und zwar
Fig. 1 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen
im Aufriß und Fig. 2 ein zwischengeschaltetes Differentialgetriebe im Schnitt.
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Die Gasturbine gemäß Fig. 1 besitzt zwei voneinander unabhängige Läufer
13 und 15, von denen der Läufer 13 über eine Hohlwelle 12 mit dem Kompressor 11
verbunden ist. Die im Kompressor erzeugte Druckluft strömt zu mehreren von Brennkammern
14, in welchen die Luft durch Brennstoffverbrennung erhitzt wird. Die dadurch auf
hohe Geschwindigkeit beschleunigten Gase werden auf den Turbinenläufer 13 geleitet
und treiben den Kompressor 11 an. Nach Durchströmen des Läufers 13 beaufschlagen
die Gase den zweiten Rotor 15, welcher gleichachsig zum Läufer 13 angeordnet ist.
Der Läufer 15 ist über eine den Läufer 13, dessen Hohlwelle 12 und den Kompressor
11 durchsetzende Welle 16 mit dem Getriebe 17 verbunden, dessen getriebene Welle
den Propeller 18 trägt. Der Läufer 15, dessen Welle 16, das Getriebe 17 und der
Propeller 18 sind mechanisch unabhängig von den Bauteilen 13, 12 und 11. Der Lufteinlaß
des Kompressors 11 liegt beim gezeichneten Beispiel auf der den Turbinen zugekehrten
Seite.
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Zwischen dem Kompressor 11 und dem durch ein Gehäuse umschlossenen
Getriebe 17 ist ein Getriebegehäuse 19 angeordnet. Das Getriebe 17 enthält ein antreibendes
Rad, Umlaufräder und ein getriebenes Rad. Das antreibende Rad und die Umlaufräder
laufen auf Gleitlagern. Derartige Differentialgetriebe sind an sich bekannt, und
infolgedessen ist der Übersicht halber das Getriebe in seinen Einzelheiten nicht
gezeichnet.
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Die Gleitlager, Walzen- und Kugellager des Getriebes 17 sowie die
Lager der gesamten Maschine werden durch eine einzige Pumpe 20 mit Schmiermittel
versorgt. Das Schmiermittel wird den einzelnen schmierbedürftigen Stellen durch
eine Leitung 21 zugeführt. Das Schmiermittel wird aus einem Vorratsbehälter 22 bezogen.
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In Fig. 2 ist der Antrieb der Pumpe veranschaulicht. Auf der Welle
16 ist eine Hülse 23 unverdrehbar befestigt. Die Hülse besitzt einen mit Zähnen
25 versehenen Zahnkranz 24. Im Innern des Gehäuses 19 liegt eine Nabe 26, welche
das Ausgleichsgetriebe in Form eines Zahnraddifferentialgetriebes.27 trägt. Die
Zähne 25 des Kranzes 24 greifen in die Zähne eines Zahnrades 28 ein, wodurch die
eine Welle 29 des Differentialgetriebes 27 durch den Propellerantriebsläufer 15
angetrieben wird. Das Zahnrad 28 trägt die mit ihm starr verbundene Hohlwelle 29,
welche parallel zur Welle 16 angeordnet ist. Die Hohlwelle 29 ist drehbar in einer
zentrischen Bohrung 30 der Nabe 26 gelagert. An der Einmündung der Hohlwelle 29
in das Zahnrad 28 trägt dieses eine Schulter 31, welche sich auf der rechten Seite
der Nabe 26 abstützt und die Bohrung 30 der Nabe 26 abschließend abdeckt. Am Zahnrad
28 des Ausgleichsgetriebes 27 ist vermittels Bolzen 32 ein mit dem Zahnrad 28 gleichachsiges
Kegelrad 33 befestigt. Das Kegelrad 33 besitzt kleineren Durchmesser als das Zahnrad
28. Das Kegelrad 33 steht im Eingriff mit zwei Umlaufkegelrädern 34 und 35, deren
Drehachsen senkrecht zur Hohlwelle 29 stehen. Die Umlaufräder 34 und 35 sind frei
drehbar auf Bolzen 36 und 37 gelagert, welche sich aus dem kreuzförmigen Umlaufräderträger
38 heraus erstrecken. Der Umlaufräderträger 37 ist zusammen mit den Umlaufrädern
34 und 35 auf der dritten Welle 42 des Differentialgetriebes angeordnet. Gewindebolzen
40, welche in Gewindebohrungen 41 der Bolzen 36 eingreifen, halten Scheiben 39,
die die Kegelräder 34 und 35 an Ort und Stelle sichern.
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Die als Hohlwelle ausgebildete Welle 42 erstreckt sich durch das Zahnrad
28 hindurch und ist drehbar im Innern der Hohlwelle 29 gelagert. Die Welle 42 steht
nach Fig. 2 links über das freie Ende der Welle 29 und über die linke Seite der
Nabe 26 vor.
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Auf dem vorstehenden Ende der Welle 42 sitzt eine Scheibe 43, die
sich links an der Nabe 26 abstützt und deren Bohrung 30 abdeckt. Auf dem freien
Ende des vorstehenden Teiles der Welle 42 ist mittels Keile 45 ein Kegelrad 44 starr
befestigt, welches im Eingriff mit einem Kegelrad 55 steht. Die rechte Seite des
Kegelrades 44 stützt an der linken Seite der Scheibe 43 ab.
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Die beiden Umlaufkegelräder 34 und 35 stehen mit einem Kegelrad 46
im Eingriff, welches dem Kegelrad 43 gegenüberliegt und mit diesem gleichachsig
ist. Dieses Kegelrad 46 stellt das verbleibende, nämlich zweite Element des Differentialgetriebes
dar. Es ist vermittels Bolzen 47 an einem Zahnrad 48 befestigt, welches mit den
Kegelrädern 46 und 33 sowie mit dem Zahnrad 28 gleichachsig angeordnet ist. Das
Zahnrad 48 besitzt größeren Durchmesser als das Zahnrad 46 und stellt den zweiten
Antrieb des Differentialgetriebes dar, welcher mit dem Verdichterantriebsläufer
13 verbunden ist.
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Das Zahnrad 46 ist mit der zweiten Welle 49 verbunden, welche sich
durch den Umlaufräderträger 38 und durch dessen Hohlwelle 42 erstreckt. Diese Welle
49 ragt nach Fig. 2 links über das Kegelrad 44 heraus. Das freie Ende der Welle
49 trägt ein Gewinde 50. Mittels Mutter 52 und Unterlegscheibe 51 ist das Kegelrad
44 axial gesichert. Die Sicherung gegen Verschiebung in der anderen axialen Richtung
stellt die Scheibe 43 dar, welche sich an der Nabe 26 abstützt. Mutter 52 und Unterlegscheibe
51 sichern die Welle 49 in der einen axialen Richtung. In der anderen Richtung ist
die Welle 49 dadurch gesichert, daß sich ein innenliegender Teil 46' des Zahnrades
46 an einem Vorsprung 38' des Planetenträgers 38 abstützt. Die Wellen 29, 42 und
49 sind in der Stärke so gehalten, daß sie gegeneinander frei verdrehbar sind.
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Das Zahnrad 48 greift in die Zähne 53 eines Zahnkranzes 54 ein, welcher
an einem dem Getriebe 17 zugekehrten Hohlwellenstummel 54 des Kompressors 11 angeordnet
ist, durch den die Welle 16 verläuft.
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Das Kegelrad 55, in das das Kegelrad 44 der Welle 49 eingreift, sitzt
auf einer Welle 56, welche die H.auptölpumpe 20 antreibt. Diese Ölpumpe 20 ist außen
am Gehäuse 19 befestigt. Das Kegelrad 55 liegt noch innerhalb dieses Gehäuses 19,
während die Pumpe 20 außerhalb liegt. Die Pumpe 20 wird mithin von der dritten Welle
42 des Differentialgetriebes 27 aus über die Kegelräder 44 und 45 und die Kegelradwelle
56 angetrieben.
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Der geschilderte Pumpenantrieb kann auch, wie aus Fig. 3 ersichtlich,
bei einer Propellerturbine mit mehreren axial hintereinanderliegenden Kompressoren
57 und 63 verwirklicht sein. Der Hochdruckkompressor 57 wird durch den Turbinenläufer
58 mittels der Hohlwelle 59 angetrieben. Der Läufer 58 wird durch die von den beiden
Kompressoren 57 und 63 v erdichtete und durch Verbrennung von Brennstoff in den
Brennkammern 60 erhitzte Luft beaufschlagt, die sodann den Läufer 61 durchströmt.
Der Läufer 61 ist auf einer Welle 62 angeordnet,
welche innerhalb
der Welle 59 verläuft, den Rotor 58 durchsetzt und den Kompressor 63 antreibt. Das
in der Zeichnung (Fig. 3) linke Ende des Niederdruckkompressors 63 ist über eine
Welle 64 mit dem Getriebe 65 verbunden, dessen getriebene Welle den Propeller 66
trägt. Bei dieser Anordnung stellen der Läufer 58, die Welle 59 und der Läufer des
Kompressors 57 die eine Umlaufgruppe dar, welche unabhängig von der anderen Umlaufgruppe
61, 62, 63, 64, 65 und 66 ist.
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Die beiden Kompressoren sind durch ein Gehäuse 67 miteinander verbunden.
Dieses Gehäuse 67 enthält das in Fig. 2 dargestellte Differentialgetriebe. Das Zahnrad
28 dieses Differentialgetriebes ist durch einen zwischen den beiden Kompressoren
57, 63 liegenden drehenden Teil angetrieben, der im vorliegenden Falle durch einen
verzahnten Kranz 68 auf dem Läufer des Niederdruckkompressors 63 gebildet ist. Das
Zahnrad 48 des Differentialgetriebes ist ebenfalls durch einen zweiten, zwischen
den beiden Kompressoren 57 und 63 gelegenen umlaufenden Teil angetrieben, der durch
einen Zahnkranz 69 am Läufer des Hochdruckkompressors 57 gebildet ist. Die beiden
Zahnkränze 68 und 69 sind gleichachsig mit demjenigen Teil, der sie trägt und antreibt.
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Bei laufender ?Maschine treibt gemäß Fig. 1 und 2 der Zahnkranz 25
der Welle 16 das Zahnrad 28 an, während der Zahnkranz 53 des Hohlwellenstummels
54 das Zahnrad 48 in Umdrehung versetzt. Da die Welle 16 und der Stummel 54 in der
gleichen Richtung umlaufen, drehen sich auch die Zahnräder 28 und 48 in gleicher
Richtung. Diese beiden Zahnräder versetzen den Umlauf räderträger 38 in Umdrehung,
und zwar mittels der Kegelräder 33, 46 und 34, 35, so daß das Kegelrad 44 in einer
Drehzahl umläuft, die der halben Summe der Drehzahlen der Zahnräder 28 und 48 entspricht.
Damit wird die Ölpumpe 20 mit verhältnisgleicher Drehzahl angetrieben.
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Ist bei in Fahrt befindlichem Flugzeug die Brennstoffzufuhr der Turbine
aus irgendeinem Grunde unterbrochen, so kommt der Kompressor 11 ganz oder nahezu
zum Stillstand. Wird nicht unmittelbar daran anschließend die Steigung des Propellers
18 verändert, so dreht dieser ganz oder nahezu mit seiner vollen Betriebsdrehzahl
weiter, weil er durch den Fahrwind angetrieben wird und durch die Steuerungseinrichtung,
welche durch Veränderung der Propellersteigung für eine gleichbleibende Geschwindigkeit
zu sorgen hat, nicht beeinflußt ist. Eine solche unmittelbare Veränderung der Steigung
der Propellerflügel könnte aus irgendwelchen Gründen in manchen Fällen nicht eintreten.
Das hat jedoch im vorliegenden Falle nicht zur Folge, daß die Lager des Getriebes
nicht mit genügender Schmiermittellnenge versorgt werden, da der Propeller 18, wie
erwähnt, weiterdreht. Damit werden auch die Welle 16 und das Zahnrad 28 gedreht
mit der Folge, daß das Kegelrad 33 den Planetenradträger 38 über die Kegelräder
34 und 35 antreibt. Da nun das Zahnrad 48 ganz oder nahezu ganz stillsteht, so entspricht
die vom Differentialgetriebe weitergegebene Drehzahl etwa der Hälfte derjenigen,
die vorliegen würde, wenn beide Zahnräder 28 und 48 in gleicher Richtung mit voller
Drehzahl umlaufen würden. Wenn auch mit halber Drehzahl, so. wird also. dennoch
das Kegelrad 44 angetrieben und treibt damit die Ölpumpe 20 an. Dieser Antrieb ist
genügend ausreichend, um eine ungenügende Ölversorgung des Getriebes zu verhindern.