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Einrichtung zum Abführen von Abblaseluft aus mehrstufigen Axialverdichtern
von Gasturbinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abführen von Abblaseluft
an Verdichtern von Gasturbinen, insbesondere an Gasturbinen für Strahltriebwerke.
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Es ist bereits bekannt, an Strahltriebwerken von Flugzeugen Abblaseeinrichtungen
anzubringen, um das Hochfahren der Triebwerke zu erleichtern. Diese Abblaseeinrichtungen,
durch die die Abblaseluft an vorgegebenen Stellen am Umfang des Verdichtergehäuses
im Bereich der dafür vorgesehenen Verdichterstufen abgeführt wird, bestehen in Luftaustrittsöffnungen,
die entweder durch Einzelklappen oder durch ein elastisches. Band bzw. durch einen
Ring verschließbar sind.
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Die mit einem elastischen Band versehenen Abblaseeinrichtungen arbeiten
in der Weise, daß das das Verdichtergehäuse am Umfang umschließende Stahlband entweder
verschiebbar oder von seinem Sitz radial abhebbar angeordnet ist. Die mit einem
verschiebbaren elastischen Band ausgestatteten Abblaseeinrichtungen sind baulich
derart ausgeführt, daß das Band mit - den Luftaustrittsöffnungen am Umfang des Verdichtergehäuses
entsprechenden - Durchbrüchen versehen ist, die beim Abblasen mit einem mehr oder
weniger großen Teil ihres Ouerschnittes mit den tangential zum Radius angeordneten
Luftaustrittsöffnungen zur Deckung gebracht werden. Das Band besteht teils aus einem,
teils aus zwei oder mehr Stücken. Bei den Abblasevorrichtungen, bei denen die Luftaustrittsöffnungen
an entsprechenden, am Umfang des Verdichtergehäuses vorgesehenen Aufbauten seitlich
angebracht sind, aus denen die Luft also axial ausströmt, wird an Stelle des Bandes
ein starrer Ring verwendet, der in einer Radialebene verschiebbar angeordnet ist.
Das von seinem Sitz radial abhebbare Band unterscheidet sich von dem verschiebbaren
Band dadurch, daß es keine Durchbrüche -aufweist. Die Bänder oder Ringe werden vorwiegend
unter Verwendung von in Zylindern geführten Kolben pneumatisch oder hydraulisch
betätigt, wobei in letzterem Fall als Druckmedium Steueröl oder der Kraftstoff verwendet
wird.
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Bei den unter Verwendung eines Ringes oder eines Bandes arbeitenden
Vorrichtungen zum Abführen der Abblaseluft wird die Luft durch einen unmittelbar
hinter dem für die Abblasung vorgesehenen Leitkranz angeordneten Ringspalt abgeführt.
Das Abführen der Luft findet somit nicht innerhalb des Leitkranzgitters statt.
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Die ringförmigen, am Umfang des Verdichters angeordneten Öffnungen
zum Abführen der Abblaseluft werden im wesentlichen durch zwei Ringflansche gebildet,
die je nach Form und Länge dieser Durchbrechungen und der abzuführenden Luftmenge
entsprechend weit auseinanderstehen. Die beiden Ringflansche sind durch eine vorgegebene
Anzahl von in beliebiger Weise an den Ringen in regelmäßigen Abständen befestigten
Stegen starr miteinander verbunden. Der auf diese Weise entstandene Ring - der natürlich
auch einen aus dem ganz bestehenden Bauteil bilden kann - ist stirnseitig außen
mit den beiden Teilen des Verdichtergehäuses vorzugsweise durch Schweißen verbunden.
Das Verdichtergehäuse und der entsprechend geformte Abblasering sind in an sich
bekannter Weise horizontal durch eine Fuge getrennt und mittels Längsflansche vorzugsweise
durch Schrauben lösbar miteinander verbunden. Die Erfindung geht von derartigen
Abblaseeinrichtungen aus und soll die Aufgabe lösen, eine besondere Einrichtung
zur Betätigung des Bandes zu schaffen, deren bauliche Ausführung den Forderungen
.für ein Gasturbinentriebwerk nach Einfachheit, Betriebssicherheit und geringstem
Raumbedarf entspricht.
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Ein wesentliches Merkmal dieser Einrichtung besteht nach der Erfindung
in der Vereinigung eines Steuerschiebers mit einem Schaltkolben und einem drehzahlabhängigen
Druckmittel, welches den Steuerschieber verstellt, der das drehzahlabhängige Druckmittel
zum Verstellen des Schaltkolbens steuert, wobei der Schaltkolben ein drehzahlunabhängiges
Druckmittel zum Verstellen der das Band betätigenden Arbeitskolben.schaltet. Eine
.bevorzugte bauliche Ausgestaltung der Einrichtung zum Abführen der Abblaseluft
besteht nach der Erfindung in der Anordnung des mit dem Steuerschieber für das drehzahlabhängige
Druckmittel
und mit dem Schaltkolben vorgeschalteten Steuerschieber baulich vereinigten Bandverstellgerätes
in der Radialebene der ringförmigen Luftaustrittsöffnungen.
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Ein weiteres Merkmal für die bauliche Gestaltung der Einrichtung zum
Abführen der Abblaseluft besteht nach der Erfindung in der Anordnung eines z. B.
elektromagnetisch betätigten Zusatzventils, welches ein weiteres drehzahlunabhängiges
Druckmittel zum Verstellen des Schaltkolbens im Sinne eines Verschließens der Luftabblaseöffnungen
steuert und vom Handbedienhebel des Reglers beim Übergang von Leerlauf auf Stillstand
geöffnet sowie bei Unterschreiten einer Mindestdrehzahl des Verdichter- bzw. Triebwerkrotors
vor Eintritt des Stillstandes selbsttätig geschlossen wird.
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Durch die besondere hydraulische Betätigung wird die Abblasevorrichtung
von den durch wechselnde Betriebstemperaturen hervorgerufenen thermischen Ausdehnungen
unabhängig und betriebssicherer als Vorrichtungen mit mechanischer Betätigung.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einigen schematisch
- teilweise im Querschnitt -dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert, und zwar
mit angelenktem Band auf dem Verdichtergehäuse montiert. Im einzelnen zeigt Abb.
1 das Bandverstellgerät mit in einem gemeinsam zwischen den Bandenden angeordneten
Zylinder und mit beim Schließen gegeneinander bewegten Arbeitskolben, Abb. 2 das
Bandverstellgerät nach Abb. 1, jedoch in mit dem Steuerschieber und dem Schaltkolben
kombinierter Anordnung, Abb. 3 die Anordnung nach Abb.1, jedoch mit beim Schließen
voneinander wegbewegten Arbeitskolben, Abb. 4 das Bandverstellgerät mit in getrennten,
außerhalb der Bandenden angeordneten Zylindern und mit beim Schließen gegeneinander
bewegten Arbeitskolben.
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An dem nicht dargestellten Verdichtergehäuse sind zwischen zwei Stufen
an vorgegebener Stelle in an sich bekannter Weise in einem Abblasering 5 Luftaustrittsöffnungen
von beliebiger, meist länglicher Form angebracht. Diese Luftaustrittsöffnungen sind
mit einem elastischen, den Abblasering 5 umschließenden Stahlband 6 verschlossen,
das auf den beiden am Umfang mit Dichtflächen versehenen erhöhten Rändern des Ringes
aufliegt. Das Band 6 ist radial beweglich und stützt sich in der abgehobenen Stellung
an mehreren festen, gleichmäßig auf den Umfang verteilten, U-förmigen Anschlägen
7 (Abb. 4) ab, die das Band 6 übergreifen und dieses dadurch gleichzeitig seitlich
führen. Zum Betätigen des Bandes dient das Bandverstellgerät, das in der Ebene der
ringförmig angeordneten Luftaustrittsöffnungen am Verdichtergehäuse befestigt ist.
In der baulichen Ausführung nach den Abb. 1 und 2 sind in dem Zylinder
8 zwei gegenläufige Kolben 9, 11 an dem einen Ende der Kolbenstangen 10,
12 angeordnet, während an dem aus dem Zylinder 8 herausragenden Abtriebsende je
ein nach unten ragender Hebel 13, 14 befestigt ist. An dem unteren, vorteilhaft
gabelförmigen Hebelende sind auf die Bolzen 15, 16 die schlaufenförmig hergerichteten
Enden des Bandes 6 gehängt. Auf dem Zylinder des Bandverstellgerätes sind ein Schaltkolben
18 (Abb. 2) als Steuergerät für das Druckmedium und der diesem Steuergerät vorgeschaltete
Steuerschieberkolben 19 in einem gemeinsamen, durch die Schraffur 17 angedeuteten
Gehäuse angeordnet. Die Arbeitskolben 9, 11 des Bandverstellgerätes werden über
den federbelasteten Steuerschieberkolben 19 und den federbelasteten, mit diesem
durch die Leitung 20 verbundenen Schaltkolben 18 in der Weise beaufschlagt, daß
dem Steuerschieberkolben 19 in Richtung des Pfeiles 21 das drehzahlabhängig beeinflußteDruckmedium
p,12 und dem Schaltkolben 18 in Richtung des Pfeiles 22 das unter dem Druck p1 stehende,
als Steuermedium dienende Medium, z. B. Öl, Kraftstoff, Luft od. dgl., zugeführt
wird. Zur Herabsetzung der Hysteresisverluste auf ein Minimum stützt sich die den
Steuerschieberkolben 19 in die Sperrstellung zurückführende Federanordnung an einem
allseitig beweglich gelagerten Federteller 23 in der Weise ab, daß die Vorspannung
der am Steuerschieberkolben 19 angreifenden Hauptfeder 24 ein vorgegebenes Mehrfaches
gegenüber der Vorspannung der - in Strömungsrichtung des Druckmediums hinter dem
Federteller 23 angreifenden - Ausgleichsfeder 25 beträgt, dessen Vorspannung während
des Betriebes änderbar ist. Der Schaltkolben 18 wird durch das unter dem Druck P,12
stehende Druckmedium schlagartig in seine andere Endstellung bewegt und gibt somit
dem unter dem Druck p1 stehenden Druckmedium den vollen Durchfluß(luerschnitt augenblicklich
frei, das somit über entspre. ,sende Kanäle in Richtung der Pfeile 28, 29 in die
Zylinderräume 26, 27 strömt und die Arbeitskolben 9, 11 nach der Mitte des gemeinsamen
Zylinders 8 bewegt und das Band 6 somit auf den Dichtflächen zur Anlage bringt.
Sobald während des Hochfahrens des Triebwerkes der Steuerschieber 19 für die Zwecke
des Abblasens durch einen entsprechenden Impuls vom Kommandogerät von dem auf ihm
ruhenden Steuerdruck A12 entlastet ist, wird dieser Kolben durch den resultierenden
Druck der beiden Federn 24, 25 wieder in seine Ausgangsstellung zurückbewegt, und
damit gelangt auch der Schaltkolben 18 ebenfalls wieder in seine Ausgangsstellung.
Das unter dem Druck p1 stehende Steuermedium kommt dadurch in Richtung des Pfeiles
31 in dem Zylinderraum 30 zwischen den beiden Arbeitskolben 9, 11 zur Wirkung und
verschiebt diese Kolben in entgegengesetzter Richtung, also voneinander weg nach
außen, so daß das Band 6 von der Dichtfläche abgehoben wird und die Luftaustrittsöffnungen
für den Austritt der abzuführenden Verdichterluft freigibt.
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Um das Band 6 auch für den Stillstand des Triebwerkrotors und für
Transportzwecke verschließen zu können, ist ein zusätzlich elektromagnetisch betätigtes
Ventil 32 vorgesehen, weil in diesen Fällen kein dynamisch wirkender Druck von solcher
Höhe vorhanden ist, um das Band 6 mittels des Steuerschiebers 19 und des Schaltkolbens
18 in die Schließstellung bewegen zu können. Dieses Ventil 32 wird beim Betätigen
des Bedienhebels für das Umschalten des Triebwerks von Leerlauf auf Stillstand freigegeben,
wodurch das als Polster angesammelte; unter dem Druck p1' stehende Druckmedium in
Richtung des Pfeiles 34 durch die freigegebene Öffnung 33 ebenfalls über den Schaltkolben
18 in die Zylinderräume 26, 27 gelangt und das Band 6 infolge des im Druckmittelkreislauf
vorhandenen Druckes auf den Dichtflächen zur Auflage bringt. Bei einer vorgegebenen
niedrigen Leerlaufdrehzahl des Triebwerkrotors im Bereich gegen Stillstandzustand,
also beispielsweise bei etwa 200 je Minute, wird dieses Magnetventil 32 durch
selbsttätiges Abschalten des elektrischen Stromes unter der Wirkung der Feder 35
wieder geschlossen. Infolge der Reibung zwischen den entsprechend ausgebildeten
Dichtungen an den Arbeitskolben 9, 11 und der Wand des Zylinders 8 verbleiben
die Kolben gegen den
statischen Druck des Steuermediums in der Schließstellung.
In zier Verbindungsleitung 20 zwischen dem Steuerschieber 19 und dem Schaltkolben
18 ist eine Drosselvorrichtung 36 eingebaut, um nach Öffnen des Magnetventils 32
einen Druckabfall im Steuermedium in Richtung zum Steuerschieber 19 zu verhindern.
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Der in Abb. 2 dargestellte zweite Steuerschieber 37 entspricht in
seinem Aufbau dem Steuerschieber 19 und dient zur Betätigung einer zweiten zwischen
zwei anderen Stufen angeordneten Abblaseeinrichtung oder einer zusätzlichen Hilfsabblaseeinrichtung.
Im Ausführungsbeispiel ist eine durch Klappen gesteuerte Einrichtung 38 vorgesehen.
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Die in Abb. 3 der Einfachheit halber ohne Steuerschieber und ohne
Schaltkolben dargestellte Anordnung entspricht in ihrem Aufbau und in ihrer Arbeitsweise
der in Abb. 1 dargestellten Abblaseanordnung. Sie unterscheidet sich von dieser
lediglich dadurch, daß sich die Arbeitskolben 41, 43 des Bandverstellgerätes für
das Schließen des Bandes 6 voneinander wegbewegen. Um das Schließen des Bandes zu
verwirklichen, sind an den freien Enden der Kolbenstangen 42, 44 bewegliche, das
Band haltende zweiarmige Hebel 47, 48 in der Weise angelenkt, daß an deren mittlerem
Drehpunkt 45 bzw. 46 je ein einarmiger, an den Bolzen 45, 46 angelenkterHebel 51,52
angreift, dessen anderes Ende mittels Bolzen 49, 50 am Bandverstellgerät angelenkt
ist. Das Band 6 ist mittels Bolzen 15' und 16' an den Hebeln 47 und 48 befestigt.
Für das Schließen des Bandes wird das unter dem Druck p1 stehende Druckmedium durch
die Öffnung 54 in Richtung der Pfeile 55, 56 in den Raum 53 zwischen den beiden
Arbeitskolben 41, 43 zugeführt, so daß das aus den Zylinderräumen 39, 40 zu verdrängende
Druckmedium durch dieöffnungen 57,58
in Richtung der Pfeile 59, 60 abströmen
kann. Beim Öffnen des Bandes werden die Arbeitskolben in umgekehrter Richtung, d.
h. in Richtung derPfeile 61, 62 beaufschlagt, so daß das Druckmedium dann aus dem
Raum 53 zwischen den beiden Arbeitskolben 41, 43 durch die Öffnung 54 ausströmt.
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In Abb. 4 ist noch eine weitere bauliche Ausführungsform für das Bandverstellgerät
dargestellt, bei welcher die Arbeitskolben, von denen nur der eine Kolben 68 sichtbar
dargestellt ist, in zwei voneinander getrennten und außerhalb der Bandenden angeordneten
an einem kastenförmigen Aufbau 63 befestigten Zylindern 66, 67 angebracht sind.
Die Arbeitsweise dieses Bandverstellgerätes entspricht derjenigen der Anordnung
nach Abb. 1. Die beiden Bandenden sind auf die unmittelbar an den freien Enden der
Stangen der Arbeitskolben befestigten Bolzen 72, 73 gehängt. Von den Kolbenstangen
ist nur die Stange 70 sichtbar dargestellt. Diese die Bandenden haltenden Bolzen
72, 73 sind in entsprechenden Schlitzen 74, 75 des Bandverstellgerätes geführt.
Um der Bewegung des Bandes 6 beim Öffnen bzw. Schließen folgen zu können, sind dieArbeitszylinder
auf den gehäusefesten Bolzen 64, 65 schwenkbar gelagert. Der Steuerschieber und
der Schaltkolben sind in dem zwischen.den Arbeitszylindern 66, 67 befindlichen kastenförmigen
Aufbau 76 untergebracht.