Fan mit Getriebe?

[Thomas Manser]

Hallo zusammen

 

Ich habe eine Frage an die Triebwerkstechniker unter Euch.

 

Bei uns wurde diskutiert, ob bei Mehrwellentriebwerken der Fan (also gewöhnlich N1) direkt an der Low Power Turbine hängt, oder ob ein Planetengetriebe dazwischengeschaltet ist.

 

Ich habe von einigen Triebwerken schöne bunte Schnittzeichnungen. Beim CFM 56 und beim Rolls-Royce Trent bin ich mir so gut wie sicher, dass es kein Getriebe hat. Beim RB 211 könnte eines vorhanden sein, kann ich aber auf der Zeichnung nicht richtig erkennen.

Und bei der letzten Zeichnung, dem Rolls-Royce Tay bin ich so gut wie sicher, dass kurz hinter der dritten oder vierten Verdichterstufe ein Planetengetriebe eingezeichnet ist.

 

Vielen Dank für Eure Mühe schon im voraus.

 

Thomas

[DNovet]

Kommt aufs Triebwerk drauf an...

 

Viele heutige Triebwerke haben den Fan direkt auf der Niederdruckturbine, womit nicht nur Fan, sondern auch Niederdruckkompressor davon angetrieben werden.

 

Vor allem kleinere Triebwerke stammen jedoch ganz klar vom Prinzip der "Free-Shaft-Turbine" ab. Sie besitzen also eine Welle für das eigentliche Triebwerk, welche an der Hochdruckturbine hängt und den Kompressor antreibt, und eine zweite Welle, welche an der Niederdruckturbine hängt und lediglich den Verbraucher antreibt. Im Falle eines Turboprop also zB die Gearbox des Propellers, im Falle des Avro 146/RJ ebenfalls ein Planetengetriebe, welches dann den Fan antreibt.

 

Ich denke, dass jede Triebwerkfamilie ein wenig anders im Aufbau und Philosophie ist. Vielleicht kann daher noch jemand Ergänzungen liefern?

 

Mich würde zB der grobe Aufbau der neuen Drei-Wellen-Triebwerke interessieren, ist da der Fan alleine mit der letzten Turbine gekoppelt oder läuft er immer noch mit einem Teil des Kompressors mit?

[Thomas Manser]

Aha, dann hatten wir also beide recht. Es gibt Triebwerke mit und ohne Fangetriebe. Sowas hatte ich mir auch schon gedacht.

 

Vielen Dank

 

Thomas

[Jürg Tschanz]

Hallo zäme

 

Versuche auch mal etwas Licht in das Dunkel zu bringen.

 

Thomas, der Fan beim RB211 wird direkt von der Niederdruckturbine angetrieben, mit der er über eine Welle verbunden ist. Mit dem Getriebe, das Du meinst, wird die Gearbox angetrieben.

 

Zur Zeit gibt es keine Grosstriebwerke im kommerziellen Einsatz, bei denen der Fan über ein Getriebe angetrieben wird. Entsprechende Versuche gibt es zwar seit vielen Jahren, Versuchstriebwerke sind auch geflogen. Der Hauptvorteil des Getriebe Fans liegt darin, dass mit dem Getriebe die Fan Drehzahl optimal auf die maximale Leistung des Fans abgestimmt werden kann. Er läuft dann langsamer als jetzt, was auch den Lärm verringern würde. Die Hersteller scheuten bis jetzt noch den Aufwand für die Produktion, das zusätzliche Gewicht und die Unsicherheit betreffend der Zuvelässigkeit. Daraus resultieren schnell höhere Kosten für die Ueberholung, was von den Operators nicht goutiert wird. Pratt & Whitney hat seit einigen Jahren ein fast fertiges Produkt (PW8000) in der Schublade. Mangels Interesse seitens der Flugzeughersteller und Operators wurde das Triebwerk bis jetzt nicht realisiert.

 

Bei allen Herstellern (Rolls-Royce, Pratt & Whitney, General Electric, CFM und IAE), welche die Triebwerke für die gängigsten Verkehrsflugzeuge liefern, wird der Fan über die Niederdruckwelle mit der Niederdruckturbine verbunden. Die aerodynamische Optimierung des Fans efolgt über deren Formgebung und da wurden während der letzten 25 Jahre gewaltige Fortschritte gemacht. Der Hochdruckteil des Triebwerkes (Kompressor und Turbine) läuft mit höherer Drehzahl auf einer separaten Welle.

 

Dani, als einziger Hersteller verwendet Rolls-Royce für ihre Grosstriebwerke RB211 und Trent 3 Wellen (Low-, intermediate- und high pressure). RR begründet dies damit, dass auf diese Art und Weise die einzelnen Baugruppen im für sie optimalen Drehzahlbereich arbeiten würden. Damit steigt die Effizienz. Der Luftwiderstand ist quasi kleiner und der Auftrieb höher wenn man sich vorstellt, dass die Schaufeln nichts anderes als kleine Flügel sind. Der konstruktive Aufwand für die Lagerung von 3 Wellen ist dabei natürlich höher. Aber das ist eine Philosophiefrage und würde den Rahmen dieses Beitrages sprengen.

 

Hoffe, ich habe sämtlichen Klarheiten beseitigt......;)

 

Gruss

Jürg

[DNovet]

Sali Jürg!

 

Besten Dank für die Info's!

 

Eine Frage um die letzten Unklarheiten zu beseitigen:

Bei den 3-welligen von RR ist also nicht das Prinzip eines 3-Wellen- Freeshaftturbine angewendet, sondern auf der Niederdruckwelle (vorausgesetzt man redet da von Nieder-, Mittel- und Hochdruck... ;) ) sind immer noch auch ein Teil des Kompressors angebracht. Richtig?

Oder ist die Niederdruckturbine alleine für den Fan zuständig, womit wir doch vom Grundprinzip der Freeshaftturbine ausgehen, also 2 Wellen alleine fürs Triebwerk, eine Welle für den Verbraucher, in diesem Fall den Fan?

 

Vielen Dank im voraus für deine Erklärungen!

 

Gruss vom Dani, der sich halt leider eher mit kleinerem auskennt...

[Jürg Tschanz]

Hoi Dani

 

Bei den RR Grosstriebwerken Trent und RB211 ist der Fan mit der mehrstufigen Niederdruckturbine verbunden. Der Mittdeldruck- und Hochdruckkompressor (IP und HP) ist dementsprechend mit der Mitteldruck- und Hochdruckturbine verbunden, welche nur 1 Stufe hat.

 

Technische Daten siehe hier:

 

http://www.rolls-royce.com/civil_aerospace/products/airlines/default.jsp

 

Info warum 3 Wellen hier:

 

http://www.rolls-royce.com/civil_aerospace/technology/threeshaft.jsp

 

Im Grundsatz ist das natürlich eine Freeshaftturbine. Wobei ja nicht nur der Fan der Verbraucher ist, sondern auch der Mittel- und Hochdruckkompressor.

 

Bei den 2 Wellen Triebwerken von Tscheneral Elektrik und Prätt & Whiskey wird von der Niederdruckturbine der Fan und der Niederdruckkompressor angetrieben.

 

Dann gibt es noch die einwelligen "Fuel-to-Noise-Converter", aber die lassen wir jetzt weg.

 

Gruss

Jürg

[DNovet]

Sali Jürg!

 

Bitte nicht falsch verstehen, aber aus deinem Post konnte ich auf den ersten und zweiten Blick nicht genau entnehmen, wie das jetzt genau mit den Trent läuft... ;)

Mit den von dir geposteten links lässt sich jedoch (dank nachzählen der Stufen auf dem Datasheet... ;) ) feststellen, dass die Niederdruckturbine exklusiv für den Fan zuständig ist. Und dann wissend, um was es geht, hab ich dann auch deine Aussage verstanden... ;)

Es ist durchaus das Prinzip einer drei-welligen Free-Shaft-Turbine gegeben.

 

Allerdings gehe ich mit dir nicht einig über das Prinzip der Free-Shaft-Turbine da ich dies ein wenig anders gelernt habe...

Das Prinzip der Free-Shaft-Turbine ist NICHT gegeben, wenn eine Turbine Energie aus einem Luftstrom entnimmt, sondern erst wenn die entnommene Energie nicht zur Erhaltung des Kreislaufes der Energieerzeugung genutzt wird.

Beispiele:

Ein JT9D (MD-80) ist keine freeshaft, da N1 zum grössten Teil den Kompressor antreibt. Der Kompressor wird zum Betrieb des Triebwerkes benötigt.

Ein Allison2001 (Saab2000) ist freeshaft, da N1(=Np) lediglich den Prop antreibt. Dieser wird zum Betrieb des Triebwerkes nicht benötigt.

Ein CFM56 (A320) ist keine freeshaft, da N1 ebenfalls ein Teil des Kompressors antreibt, welcher ebenfalls zum Betrieb des Triebwerks benötigt wird.

Ein "Ding" (Jumbolino) ist freeshaft, da N1 lediglich über ein Getriebe den Fan antreibt. Dieser wird zum Betrieb des Triebwerkes nicht benötigt.

 

Gruss vom Dani, der vom Prinzip eines 20-Wellen-Triebwerkes überzeugt ist... :D

[Jürg Tschanz]

Hoi Dani

 

Ja, das kann schon sein, dass es etwas verwirrend geschrieben war. Ist mir selbst aufgefallen. Aber da Du ja auch vom Fach bist, habe ich nicht nochmals alles neu verfasst...... ;)

 

Das mit der Free Shaft Turbine stimmt natürlich so, wie Du es sagst. Wobei, ohne den Fan würde auch der Trent nicht richtig laufen. Ein Teil des Fanstromes geht ja schliesslich in den Kompressor rein, d.h. es findet dort, wenn auch wenig, bereits Druckaufbau statt. Aber vom Prinzip her ist es richtig.

 

Gruss

Jürg

[neuer]

der tay620/650 hat auch eine low speed gearbox für N1 indication gen. und LP Shaft Governor.

 

grts

martin