DE1626110C - Gasturbinengebläsetriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinengebläsetriebwerk mit Luftverdichter für die nachgeschaltete Verbrennungseinrichtung, welche Turbinen für den Antrieb des Verdichters und für ein Frontgebläse speist. Dabei wird der größere Teil des Luftdurchsatzes durch das Frontgebläse zum Zweck der Schuberzeugung unmittelbar der Atmosphäre zugeführt, während der restliche Teil des Luftdurchsatzes zur Beaufschlagung des Verdichters führt.

Bei derartigen Zweistrom-Triebwerken mit innerem Haupt- und äußeren Nebenstrom ist das Frontgebläse bisher ein- oder mehrstufig mit Eintrittsleitschaufeln ausgebildet worden.. Der oft nur einzige vielstufige Verdichter wurde von einer Turbine angetrieben.

Bei Gasturbinentriebwerken, bei denen die Hauptverdichtungsmittel aus einem Nieder-(bzw, Zwischen-) und Hochdruckverdichter bestehen, die in Reihe liegend von einem ein- oder mehrstufigen Vorverdichter gespeist werden, der zusätzlich einen Nebenluftstrom für einen äußeren Ringkanal des Triebwerks erzeugt, ist es auch bekannt, jeden Verdichter mit einer besonderen Turbine zu kuppeln, die stromab der den Niederdruckverdichter antreibenden Turbine liegt. Dadurch läßt sich das Betriebsverhalten der Verdichter und Turbinen verbessern.

Versucht man bei einem Triebwerk mit zweistufigem Frontgebläse dessen Leistung unmittelbar zur Schuberzeugung heranzuziehen, so ergibt sich bei den bislang bekannten Aufbauformen neben einer unerwünschten Gewichtszunahme vor allem ein ungünstig hoher Geräuschpegel des Frontgebläses. Dieser rührt im wesentlichen von der Wechselwirkung zwischen den Rotor- und den Leitschaufeln des Gebläses her.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk mit Frontgebläse derart auszubilden, daß die zum Antrieb des Frontgebläses vom Hauptstrom des Triebwerks zugeführte Energie bei geringem Leistungsgewicht des Triebwerks ein Maximum erreicht und die Geräuschentwicklung des Frontgebläses möglichst gering gehalten wird.

Die Erfindung bedient sich dazu einer Kombination der — wie erwähnt — in anderem Zusammenhang bekannten Merkmale, nämlich eines einstufigen, unmittelbar auf die Atmosphäre arbeitenden Frontgebläses von hohem Druckverhältnis und ferner der Speisung der Verbrennungseinrichtung durch zwei hintereinandergeschaltete Verdichter, die, wie schon als bekannt vorausgesetzt wurde, von getrennten Turbinen angetrieben werden. Durch ein nur einstufiges Frontgebläse werden das Leistungsgewicht und die Baulänge des Triebwerks sowie seine rotierenden Massen gering gehalten. Auch die Geräuschentwicklurrg bleibt gering, weil jede Wechselwirkung zwischen festen und beweglichen Schaufeln fehlt. Dies gilt besonders auch dann, wenn das Frontgebläse gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung von Einlaßleitschaufeln oder Streben frei gehalten wird.

Ein Maximum an Leistungsübertragung an das einstufige Frontgebläse wird dann erzielt, wenn die Antriebsturbine für dieses Gebläse unter den günstigsten Betriebsverhältnissen betrieben werden kann. Diese ergeben sich aus der Anwendung der an sich bekannten Reihenschaltung eines Zwischendruck- und eines Hochdruckverdichters zur Speisung der Verbrennungseinrichtung, die beide getrennt angetrieben und mit optimaler Drehzahl betrieben für die y«rbrennungseinrichtung ebenfalls optimale Betriebswerte schaffen, so daß die Antriebsturbine für das Frontgebläse ein Maximum an Leistung erzeugt.

Um den Geräuschpegel des Frontgebläses wenigstens zeitweise noch weiter zu verringern, kann — wie an sich bekannt — dessen mehrstufig ausgebildete Antriebsturbine gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in ebenfalls bekannter Weise mit verstellbaren Düsenleitschaufeln und/oder mit einer Endschubdüse mit verstellbarem Querschnitt versehen

ίο werden, so daß die Turbinendrehzahl und damit diejenige des Frontgebläses reguliert werden kann.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Das Triebwerk umfaßt ein einstufiges Frontgebläse 10 mit hohem Druckverhältnis, welches Gebläse auf einer Gebläsewelle 11 angeordnet ist, welche kraftschlüssig mit einer mehrstufigen Gebläseturbine 12 verbunden ist. Das Gebläse 10 ist ein Gebläse mit einem verhältnismäßig hohen Gesamtdruckverhältnis von im wesentlichen 1,5 :1. Tatsäch-

ao Hch kann das Druckverhältnis des Gebläses sich zwischen 1,3 am radial innen liegenden Ende der Schaufeln und 1,6 bis 1,7 am radial außen liegenden Ende der Gebläseschaufeln bewegen. Das Gebläse ist in einer kurzen Leitung am Vorderende des Triebwerks angeordnet; diese Leitung 13 erstreckt sich in axialer Richtung über weniger als die Hälfte des Triebwerks. Die mehrstufige Antriebsturbine für das Frontgebläse wird durch Gase gespeist, welche in einer Verbrennungseinricht-jng 18 erzeugt werden, wobei die Hauptstromluft — außer der Vorverdichtung im radial inneren Teil der Gebläsebeschaufelung — durch einen mehrstufigen Zwischendruck-Axialverdichter 14, welcher von einer einstufigen Turbine 15 angetrieben wird, und einen vielstufigen Hochdruckverdichter 16, der von einer Turbine 17 angetrieben wird, weiter verdichtet wird. Der Hochdruckverdichter 16 und die Turbine 17 sitzen auf einer Welle 19, welche koaxial eine unabhängig umlaufende Welle 20 umgibt, die den Zwischendruckverdichter 14 und die Turbine 15 trägt. Diese Welle 20 umgibt wiederum koaxial die Gebläsewelle 11.

Um optimale Betriebsverhältnisse der Antriebsturbine für das Frontgebläse zu erzielen, ist es erwünscht, daß das Triebwerk durch eine veränderbare Steuerung, z. B. durch den variablen Einlaß der Düsenleitschaufeln 23 der Turbine 12, verschiedenen Bedingungen angepaßt werden kann. Der Einfallwinkel der Düsenleitschaufeln 23 wird durch an sich bekannte Betätigungsmittel 24 verstellt, die schematisch dargestellt sind und mit den angelenkten Hinterkantenteilen 23 σ jeder Düsenleitschaufel 23 verbunden sind, wobei jede solche Düsenleitschaufel einen festen Vorderkantenteil hat. Wahlweise oder zusätzlich hierzu kann eine Endschubdüse 25 mit veränderbarem Durchtrittsquerschnitt vorhanden sein, wobei die Querschnittsfläche durch ebenfalls schematisch dargestellte Betätigungsmittel 26 verändert werden kann. Diese veränderliche Geometrie ist von besonderem Vorteil dann, wenn die Gebläseturbine und das Gebläse verlangsamt werden soll, um den Geräuschpegel unter bestimmten Bedingungen herabzusetzen, z. B. wenn das Flugzeug, in dem das Triebwerk eingebaut ist, auf oder nahe dem Boden betrieben wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gasturbinengebläsetriebwerk mit Luftverdichter für die nachgeschaltete Verbrennungs-

einrichtung, die Turbinen für den Antrieb des Verdichters und eines Frontgebläses von hohem Druckverhältnis speist, wobei der größere Teil des Luftdurchsatzes durch dieses Gebläse zum Zweck der Schuberzeugung unmittelbar der Atmosphäre zugeführt wird, während der restliche Teil des Luftdurchsatzes zur Beaufschlagung des Luftverdichters dient, gekennzeichnet durch folgende an sich bekannte Merkmale:

a) das Frontgebläse (10)
bildet;

ist einstufig ausge-

b) die Verbrennungseinrichtung (18) wird von zwei hintereinandergeschalteten Verdichtern

(14.16) gespeist, die von getrennten Turbinen

(15.17) angetrieben werden.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frontgebläse (10) frei ist von Einlaßleitschaufeln oder Streben.

3, Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die das Frontgebläse (10) antreibende Turbine (12) mehrstufig ist und verstellbare Düsenleitschaufeln (23,23 a) und/oder eine Endschubdüse (25) mit verstellbarem Querschnitt vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen