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Die Erfindung betrifft einen Abscheider zum Entfernen von Fremdstoffen
aus dem einem Gasturbinentriebwerk zugeführten Luftstrom mit einem sich in axialer
Richtung erstreckenden'-äh @-seimeri entgegengesetzten Enden einen ringförmigen
Einlaß und einen ringförmigen Auslaß aufweisenden ringförmigen Durchlaß, mit einer
in der Nähe des Einlasses angeordneten Dralleinrichtung und mit einer in axialer
Richtung stromabwärts der Dralleinrichtung angeordneten Auffangeinrichtung zur Aufnahme
von .in -dein 4et'strom: - mitgeführten ui14 durch den Drall abgeschiedenen Premdstdff6rf,#
wdb'ei die Auffangeinrichtung, mindestens einen in einer Queretene= angrdndnd nn
ddn Außenuiiifang des Durchlasses ausgebildeteü:Abscheideschlitz: aufweist. Dieser
Abscheider eignet sich- besonders zur Ver= wendung bei Flugzeügen,=bei-welchen es---erforder;
lieh ist, Fremdstoffe, wie Sand, Staub und Wasser, aus dem einem Gasturbinentriebwerk
zugeführten Luftstrom zu entfernen.
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Flugzeug-Gasturbinentriebwerke sind besonders empfindlich gegenüber
einer Beschädigung durch in den Lufteintritt der Triebwerke eindringende Fremdkörper.
Dieses Problem war früher am akutesten in bezug auf verhältnismäßig große Fremdkörper,
wie Steine, Kies und groben Sand, Vögel, Hagelkörner u. dgl., die, wenn sie in das
Triebwerk gelangen, einen sofortigen und schweren Schaden verursachen können. Mit
dem Aufkommen. bzw. der Verwendung von gasturbinengetriebenen Hubschraubern und
sonstigen Senkrechtstart- und -landeflugzeugen sind kleinere Fremdstoffteilchen,
wie beispielsweise Sand, Staub- und Wasser, haupt sächlich auf Grund der Bedingungen,
unter welchen solche Flugzeuge betrieben werden, in zunehmendem Maße störend geworden.
Auf Grund ihrer Flüssigkeit des senkrechten Startens und Landens läßt sich diese
Art von Flugzeugen in Gegenden verwenden, wo es keine üblichen Flugplätze gibt.
Hubschrauber und sonstige Senkrechtstart- und -landeflugzeuge sind außerdem zu Flügen..
in niedriger Höhe besonders geeignet, um bestimmte- Aufträge sowohl über dem Festland
als auch über dem Wasser zu erfüllen, zu welchen z. B. Nahkampfunterstützung, Such-
und -Rettting§aktionen und U=Boot-Bekämpfung gehören: Unter diesen und mit ihnen
zusammenhängenden Bedingungen können erhebliche Mengen kleiner Fremdkörper, wie
beispielsweise Sand- und Staubteilchen sowie-Wassertropfen usw.; in dem dem ° Gasturbinentriebwerk
zugeführten Luftstrom mitgeführt werden. Diese Teilchen, die zwar einzeln nur eine
geringe Auswirkung auf das Triebwerk haben, können, sofern sie in größeren Mengen
in das Triebwerk gelangen, sehr erhebliche Schäden herbeiführen. So hat man beispiie1sweise
festgestellt; daß das Trieb= werk eines in niedriger Höhe über Einödsflächen operierenden
Hubschraubers infolge des Abriebs bzw. Verschleißes der Triebwerksbeschaufelung
durch die mit hoher Geschwindigkeit durch das Triebwerk hindurchgeförderten Teilchen
rasch an Flugleistung verlieren kann. Außer der mechanischen Abnutzung der Triebwerksbeschaufelung
können auf diese Weise in das Triebwerk gelangte andere- Fremdstoffe, und zwar insbesondere
Salzwasser, eine rasche und zerstörende Korrosion herbeiführen.
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Demzufolge ist es erforderlich, Mittel vorzusehen, um die Staub-,
Sand-, Wasser- und sonstigen derartigen Teilchen abzuscheiden, bevor der Luftstrom
sie ..dem.-.Triebwerk zuführt. -um .zufriedenstellend zi- sein; - @isY' es ',wesentlich,
-däß, `der - ziir Erfüllung dieser Aufgabe gevVählte Abscheider bei der Beseitigung
der unerwünschten Teilchen aus dem Luftstrom äußerst wirksam ist, d. h., eine hohe
Leistung besitzt. Bei einem Abscheider für Flugzeugtriebwerke ist eine hohe Leistungsfähigkeit
besonders erforderlich, da ein Gasturbinentriebwerk riesige Luftmengen verbraucht
und folglich erhebliche Mengen Fremdstoffteilchen mitgeführt werden,-jedoch ist
eine hohe Abscheideleisgl allein nicht das einzige erförderlic@e ,Merk@nal-j emm
im Zusammenhang mit,einem Flugzeug-Gasturbinentriebwerk verwendeten Abscheiders.
Da der Abscheider ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Antriebsaggregats ist;-.darf
er dessen Gesamtleistung nicht ungünstig beeinflussen bzw. allzusehr beeinträchtigen.
Dies bedeutetpraktisch, daß die Druck- und dergleichen Verluste in dem den Abscheider
durchströmenden Luftstrom möglichst klein gehalten werden müssen. Darüber hinaus
soll der Abscheider bei der Beseitigung von Fremdstoffen jn;.optimaler Weise wirksam
sein, ohne daß die abgdschiederieü 'Stoffe oder auch Eis, das sich während des Betriebs
an der Abscheidevorrichtung bilden kann, den Strömungsmitteldurchlaß verändern oder
gar gan?#sperren, -wodurch eine unerwünschte Verringerung des Luftdurchsatzes im
Triebwerk bei übermäßigem-- Druckabfall und ein damit verbundener Leistungsabfall
eintreten. Neben dem Triebwerksleistungsabfall kann ein entsprechend verringerter
Luftdurchsatz infolge schwerwiegender übertemperaturen in der Brennkanuner -und
in der Turbine den Ausfall des Triebwerks herbeiführen. Ferner soll der Abscheider
einen möglichst geringen Raumbedarf und ein niedriges Gewicht haben, da bei Flugzeugen
im allgemeinen und Senkrechtstart-und -landeflugzeugen im besonderen sehr enge Grenzen
gesetzt sind. Schließlich muß er die vorstehend erörterten Merkmale aufweisen, ohne
dabei sowohl in seiner Herstellung als- auch in seiner Instandhaltung übermäßig
kompliziert und aufwendig zu sein.
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Es sind zwar bereits Abscheider zum Entfernen von Staub aus dem einer
Gasturbine zugeführten Luftstrom bekannt, die= nach dem Zyklon-Prinzip den eintretenden
Luftstrom mit einem Drall versehen und dabei die mitgeführten Fremdstoffe an die
Außenwand eines zylinderförmigen, Durchlasses für den Luftstrom bewirken. Die Fremdstoffe.
werden an einer Prallwand niedergeschlagen und von dort entfernt, wobei diese Prallwand
mittig mit einem reduzierten Durchlaß für den Luftstrom versehen ist. Die ausgeschiedenen
Partikeln werden dann durch eine Öffnung hindurch aus dem Zylinder abgeführt-und
abgelagert. -. :Der-.Haupfnachteil: dieser bekannten Abscheider besteht jedoch darin,
daß, das Volumen des ursprünglich zugeführten Luftstroms- durch die Reduzierung
des Durchlasses auf den Querschnitt des mutigen Durchlasses in der Prallwand verringert
wird, was einen erheblichen Widerstand bedeutet und zu Leistungsabfall der Turbine
führen muß. Soll der Leistungsabfall ausgeglichen werden, bedarf es größerer Abmessungen
für den Abscheider, die für die Verwendung in Flugzeugtriebwerken nicht tragbar
sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin,
einen verbesserten Abscheider zu schaffen, der beim Entfernen von Fremd-
Stoffei.
aus. einem.. strömenden Mediürim@ hochgradig wirksam -ist, ..ohne `daß durch ::
ihn nennenswerte Druckverluste . in `dem strömenden =Medium ent= stehen. : - ..
_ Diese Aufgabe wird mit einem Abscheider der eingangs genannten Art - 'erfindüffgsgeinäß
dadurch gelöst, daß eine Strömungsverbindung die Auffangeinriclitung und den - ringförmigen:
Durchlaß miteinander verbindet, um das finit den Fremdstoffen in die. Auffangeinrichtung
gelangende Strömungsmittel in den Durchlaß zurückzuführen.
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.- Eine Ausführungsform de Erfindung weist Filtermittel auf, die verhindern;
- daß die allgeschiedenen Fremdstoffe über die Strömungs-. Verbindung .. in den
ringförmigen Durchlaß zurück= gelangen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auffangeinrichtung durch
ein erstes ringförmiges Rohrstück und ein zu dem ersten Rohrstück koaxial angeordnetes
ringförmiges zweites Rohrstück gebildet, wobei das in Strömungsrichtung vordere
Ende des zweiten Rohrstücks einen wesentlich kleineren Durchmesser hat als der im
gleichen axialen Bereich liegende Teil des ersten Rohrstücks in der Weise, daß zwischen
dem ersten und dem zweiten Rohrstück ein ringförmiger Auffanghohlraum ' von erheblicher
radialer Ausdehnung gebildet Weiterhin kann die Dralleinrichtung aus einem Kranz
von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, sich in radialer Richtung erstreckenden
Leitschaufeln bestehen. Außerdem ist es vorteilhaft, den erfindungsgemäßen Abscheider
so auszubilden, däß das erste ringförmige Rohrstück in Strömungs= richtung von den
Leitschaufeln aus in axialer Richtung divergiert, wobei das stromaufwärtige Ende
des zweiten Rohrstücks stromabwärts von dem stromaufwärtigen Ende des ersten Rohrstücks
angeordnet ist, so daß sich eine Richtwand ergibt, die auf-sie auftreffende Fremdstoffe
in den ringförmigen Abscheidehohlraum hineinlenkt. Bei einer noch anderen Ausführungsform
nach der Erfindung kann die Auffangvorrichtung gemäß der Erfindung mehrfach oder
in Kombination mit einer anderen Abscheideeinrichtung verwendet werden.
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Bei einem Abscheider nach der Erfindung, bei welchem der ringförmige
Auslaß des Durchlasses mit der Verdichtereinheit des Gasturbinentriebwerks in Verbindung
steht, ist vorteilhafterweise in der Nähe des Auslasses ein Kranz aus Leitschaufeln
angeordnet, um den durch die Dralleinrichtung verursachten Drall aus dem Luftstrom
zu entfernen, bevor er dem Verdichter zugeführt wird. Hierbei können die drallerzeugenden
Leitschaufeln und die den Drall aufhebender' Leitschaufeln verstellbar sein, damit
sie über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen, zu denen auch die Bedingungen
gehören, unter welchen keine Abscheidung erforderlich ist, ein wirksames Arbeiten
herbeiführen.
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In den F i g. 1 bis 6 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung
an Hand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele dargestellt, welche nachstehend
im einzelnen näher erläutert sind, Es zeigt F i g. 1 einen axialen Längsschnitt
durch ein Gasturbinentriebwerk, an dessen Lufteintritt ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Abscheider angeordnet ist, F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Abscheiders
nach F i g. 1 im Teilschnitt, F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß
ausgebildeten Abscheider; bei welchem eine der Rohrstücke eine kegelige Form aufweist-F
i g. 4 einen Schnitt, durch den Alscheiderilter entlang dei Linie 4-4 in F i g.
-3, -F i g. S einen Längsschnitt- durch einen. Abscheiden? ähnlich demjenigen nach
F i g. 3;-Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen ans 'zwei Abscheidevorrichtungen
kombinierten; Abschäider; Das in F i g. 1 dargestellte Gästurbinentrielwerks= aggregat
10 besteht aus. -dem eigentlichen 0a5.=' türbinentriebwerk 11 -und @ der,
_ Lufteintntt'seinnclz i> tunk` mit dem -erfindungsgemäß ausgebildeten A#xäl`= abscheider
12. Das Triebwerk 11 besitzt= @irr,'Strömüngsrichtung axial `hintereinander angeöidzreti.
einen Axialverdiehter 13; eine Xingbrennkaniirier 14; eine Antriebsturbine =15 ,
für -des Verdichter_13 "und eine eine Abtrieb@welle 1% -antreibende T:,eistüngs
turbine 16: Das dargestellte Triebwrrk.list`leso`,nders geeignet für Hubschrauber;
bei yveclien-'der Drehflügelrotor über ,eiii Unteisetzungsgetrieb@e` 1T von der
Welle 17-:angetrieben wird: Selbstverständz lieh-läßt sich der Abscheider-nach der
Erfiädung auch bei allen ' anderen Arten ;von n =Turbmentriebwerken verwenden.
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Wie in den F i g. 1 und 2 veranschaulicht- ist der Abscheider 12 ein
feststehender 13autei1, 'der keme beweglichen Teile besitzt.' Im einzelnen hat iier-Ah=
scheider ein- Außengehäuse 20@ und' eine Innen Verkleidung 21, zwisehenwelchen sich
ein-.iü'axaler Richtung verlaufender, - -ringförmiger- -Dürchläß_ 22 befindet, der
an seinen entgegengesetzten- 1Jritlefi''eine ringförmige Einlaßöffnung
23 und eine üniriittelbär vor den Einlaßleitschäufel'n 1$ des - Verdichters
13 liegende ringförmige Ansldßöffnüng 24- aufweist Nahe dem Lufteintritt
23 ist ein kränz, aixs>`n Um-' fangsrichtung voileinander getrennten; @ , sich'
- '-
radialer in Richtung erstreckenden= Leitsch-4üfelü 25 angeordnet, die
-eine -im nachstehenden noch -näher zu beschreibende besondere Form weiterer
Kranz aus in Umfangsrichtung vorieinändei getrennten, sich in radialer Richtung:
erstreckendäü Leitschaufeln 26 ist in der Nähe, des 24 angeordnet, welche ebenfalls
eine besondere- Förni haben. Zwischen den Leitschaufeln 25 und '26 -befindet
sich die Auffangeinrichtung 31 mit einen' ersten Rohrstück 27 und einem zweiten
Rohrstück 28, von welchen das erste, 27, ein zylindrischer Teil des Außengehäuses
20 zwischen den Leitschaufeln. 25 und dem Umfangsflansch 29 ist, an welchem das
in Strömungsrichtung hintere Ende des ersten 'Rohr= Stücks 27 mit seinem hinteren
Abschnitt 30 befestigt ist. Das zweite Rohrstück 28 in Form eines im' bezog auf
das erste Rohrstück 27 und die Abscheidefächse koaxial angeordneten und von dem
ersten Rohrstück 27 mittels Halterungen 35 gehaltenen '2ylin= drischen Mantels 28
liegt finit seinem stromaufwärtigen Ende stromunterhalb der Leitschaufeln 25 in
einem nachstehend noch näher erörterten axialen Abstand. Das zweite Rohrstück 28
hat einen vtesentlieh kleineren Durchmesser als das erste Röhrstück 27. Folglich
wird zwischen den beiden Rohrstücken 27 und 28 ein ringförmiger Abscheidehohlräum
31 von erheblichem, radialem Ausmaß gebildet. 'Der Hohlraum 31 hat an seinem vorderen
Ende einen ringförmigen Einlaß 32 und an seinem hinteren Ende einen ringförmigen
Auslaß 33, wobei sich der Einlaß 32 und der Auslaß 33 zwischen dem ersten; 27, und
dem zweiten Rohrstück-28 befinden, um eine
Strömungsverbindung -zwischen
dem ringförmigen ]bürchlaß _ 22 und dem Abscheidehohlraüm 31 zu
schaffen.
Um in den Hohlraum 31 gelangende Eremdstoffteilchen daran zu hindern,- über den
Auslag 33 in den Durchlaß-22 zurückaugelangen, - verbindet ein ringförmiger Filtersatz
34. -das erste Rohr= etück 27. mit-dem zweiten Rohrstück 28 am- hinteren Ende des
zweiten Rohrstücks 28. Damit die Gesamtleistung des .Triebwerks nicht ungünstig
-beeinflußt wird, muß der- ringförmige Filtersatz 34 ein Sperreter-mit geringem
Druckabfall -sein. Beispielsweise kann -der Filtersatz, 34 aus. einem porösen Schaumstgff
, bestehen. : .. .
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.Beim- Betrieb des Triebwerks l1 bewirkt der - am Lufteintritt - in
den-Verdichter :bestehende Niederdnickbereich, daß Luft mit höher-Geschwindigkeit
durch -den ringförmigen Durchlag -22 strömt-. Beim Hindurchtreten durch die feststehenden
Leitschaufeln 25 .wird die Luft in Umfangsrichtung in der Weise gelenkt, d. h. mit
einem Drall versehen, daß- im Luftstrom mitgeführte Fremdstöffteilchen ebenfalls
allgelenkt werden, wobei diese Ablenkung sich in der Hauptsache daraus ergibt, :
daß . die Teilchen von geringer Mässe von der wirbelnden. Luft mitgenommen-werden.
Um zu gewährleisten, daß Teilchen von größerer. .Masse . gleichfalls durch die Leitschaufeln
abgelenkt werden, kann es erforderlich sein, daß sich die einander benachbarten
Schaufeln in Umfangsrichtung. überlappen, -so daß ein Teilchen in axialer
Richtung nicht zwischen zwei- einander benachbarten Schaufeln hindurchtreten kann,
ohne auf eine Schaufel aufzutreffen und- dadurch abgelenkt zu ;werden. -Ein in dem
Luftstrom mitgeführtes und abgelenktes Teilchen hat in Strömungsrichtung hinter
dem Leitschaufelgitter 25 sowohl eine tangentiale- als auch eine axiale Geschwindigkeitskomponente.
Theoretisch folgt ein sowohl mit tangentialer als auch mit -axialer- Geschwindigkeit
aus dem Schaufelgitter 25 heraustretendes und .-keinerlei :äußeren --Kräften unterliegendes
Teilchen einer geradlinigen Bewegungsbahn bis. zu dem Außenumfang des Durchlasses
22 an irgendeiner Stelle hinter den Leitschaufeln. In der Praxis hat die verwirbelte,
in Drall versetzte . Luft jedoch eine erhebliche Auswirkung auf, die Flugbahn des
Teilchens, so daß sich seine wirkliche Flugbahn angenähert mit -einer Schraubenlinie
mit in Strömungsrichtung -zunehmendem Durchmesser-vergleichen läßt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung haben die
Leitschaufeln eine Form, die bewirkt, daß die mitgeführten Fremdstoffe den Außenumfang
des Durchlasses 22 vor dem zweiten Wandteil erreichen- und entweder in den ringförmigen
Hohlraum 31 hinter seinem Einlaß 32 unmittelbar eintreten oder.-auf die Innenwand
des ersten Rohrstücks-27 aufprallen und- von, ihr in. den Hohlraum 31 hinein zurückreflektiert
werden. Sobald die Teilchen in @ den Hohlraum 31 gelangt sind, verhindert der ringförmige
Filter 34 -ihre Rückkehr in den axialen Durchlag 22. Die Teilchen werden also in
dem Hohlräum-31 aufgefangen, wo sie verbleiben, bis- das Triebwerk abgestellt -wird
bzw. außer Betrieb ist. Wenn das Triebwerk außer Betrieb ist, können die Teilchen
durch eine verschließbare Öffnung 36 im tehäusemantel 27 beispielsweise mit Hilfe
- eines Absaügschlauches od. dgl. entfernt- werden. Das Volumen des Hohlraums 31
muß ausreichend groß bemessen sein, um alle Fremdstoffteilchen, die während einer
Betriebsphase unterungünstigsten Bedine gungen anfallen, aufnehmen zu, können. Folglich
muß das zweite Rohrstück 28 eine zur Schaffung des erforderlichen Volumens ausreichende
axiale.LängQ haben. _ Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann das Volumen ,der
in dem Hohlraum 31 aufgefangenen Teilchen ausreichen, um den Luftstrom durch den
ringförmigen Filter 34 zu sperren. Auch kann sich bei ungünstigen atmosphärischen
Bedingungen Eis bilden und den Luftstrom -aus dem Hohlraum 31 in; den axialen Durchlag
hinein sperren. Obwohl keine dieser beiden vorerwähnten Situationen erwünscht ist,
wird der Durchlag nicht völlig versperrt, da der innere Abschnitt- des Durchlasses.
zwischen der inneren Verkleidung 21 und dem zweiten Rohrstück 28 für eine Strömung
offenbleibt. Folglich kann selbst dann, wenn der Filter 34- entweder durch auf=
gefangene bzw. sich ansammelnde Fremdstoffteilchen oder durch Eis gesperrt ist,
noch genügend Luft in das Triebwerk gelangen, um den Betrieb in ausreichender Weise
fortzusetzen und folgenschwera Überhitzungen von Triebwerksteilen zu vermeiden:
-Wie zuvor - dargelegt, ist das erste Rohrstück 27 mit dem -hinteren Abschnitt 30
des Gehäuses 20 durch den Flansch 29 verbunden. Durch Auseinandemehmen des Abscheiders
12 an diesem Flansch läßt sich der ringförmige Filter 34 zu seiner überprüfung,
Reparatur oder zu seinem - Auswechseln: bequem entfernen. Natürlich läßt sich der
Hohlrauen 31 auf- diese Weise ebenfalls bequem reinigen.
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Ein anderer, nicht den Gegenstand des vorliegenden Rechts darstellender
Vorschlag betrifftAbscheidevorrichtungen, bei welchen in bestimmter Weise ausgebildete
bzw. geformte Rohrstücke die Fremdstoffteilchen in eine andere Auffangvorrichtung
hineinlenken als die Einrichtung nach der Erfindung; eine solche geht beispielsweise
aus F i g. 6 hervor Die Anwendung einer Richtwand kann aber auch bei einem Abscheider
nach der Erfindung erfolgen.
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So stimmt beispielsweise der in F i g. 3 veranschaulichte Abscheider
40 mit dem in den F i g.1 und 2 veranschaulichten Abscheider grundsätzlich
insofern überein, als er ein Gehäuse 41 und -eine innere Verkleidung 42, zwischen
welchen ein axialer Durchlag 43 abgegrenzt ist, Leitschaufeln 44, ein erstes Rohrstück
45, ein zylindrisches zweites Rohrstück 46 und den dem Luftstrom vermittelten Drall
aufhebende Auslaßleitschaufeln 47 besitzt. Das Rohrstück 45 ist @ jedoch so ausgebildet,
da13 -es in Strömungsrichtung vor dem zweiten Rohrstück 46 - die Form einer stumpfkegeligen:Richtwand
aufweist; um auf die Innenwand des Rohrstücks 45 auftreffende Teilchen in den,
Abscheidehohlraum 49 hineinzulenken. Während ein wesentlicher Teil der Teilchen
unmittelbar in den zwischen-den Wänden 45 und 46 gebildeten Abscheidehohlraum 49
gelangt, treffen viele Teilchen auf die divergierende, d. h. sich in Strömungsrichtung
nach außen - erweiternde Innenwand des ersten Rohrstücks 45 auf und prallen von
ihr ab. Das Ausmaß der Divergenz des Rohrstücks 45 ist so gewählt, daß die von dem
ersten Rohrstück 45 abprallenden Teilchen in den ringförmigen Hohlraum 49 hineingelangen,
wie es in F i g. 3 durch eine die -Flugbahn eines Teilchens kennzeichnende, gestrichelte
Linie veranschaulicht ist. Der Filtereinsatz 50 weicht von dem Filtereinsatz 34
insofern ab, als er, wie in F i g. 4- im Detail veranschaulicht, - ein
Faltenfilter
ist. Der Faltenfilter hat gewisse Vorteile insofern, als Schmutz und sonstige Fremdstoffteilchen
in den Nischen der Falten aufgefangen werden. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit,
daß sich die Teilchen lösen und, wenn der Abscheider 40 außer Betrieb ist, in den
Hauptdurchlaß 43 hineinfallen, geringer. Darüber hinaus ergibt das gefaltete Filtertuch
in einem begrenzten Raum eine größere Filterfläche, so daß der Druckabfall auf ein
Mindestmaß herabgesetzt und das Gesamtauffangvermögen des Filters auf ein Höchstmaß
gesteigert wird.
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Der in F i g. 5 veranschaulichte Abscheider stimmt in mancher Beziehung
mit dem Abscheider nach F i g. 3 überein. Das divergierende Rohrstück 45' ist an
Stelle der kegelstumpfförmigen Gestalt so ausgeführt, daß es eine Richtwand bildet,
um die auf die Wand auftreffenden Teilchen in den Hohlraum 49' hineinzulenken. Das
Rohrstück 45' ist in seiner Kontur so ausgebildet, um das bekannte physikalische
Reflexionsgesetz zu nutzen, wonach ein auf eine glatte Fläche auftreffender Gegenstand
unter einem Winkel zurückgeworfen wird, der gleich dem Auftreffwinkel ist. Bei einem
gegebenen Abscheider mit einem bekannten Drallverlauf kann eine optimale Wandkontur
experimentell bestimmt werden. Als Folge ist an jedem Abschnitt der Wand eine optimale
Divergenz oder eine örtliche Schräglage bzw. Steilheit vorhanden, um auf diesen
Abschnitt auftreffende Teilchen in den ringförmigen Sammelraum hineinzulenken. Der
geometrische Ort dieser sämtlichen örtlichen Schräglagen bestimmt also die optimale
Kontur für die gesamte Wandfläche.
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Hiernach können unter verschiedenartigen Bedingungen unterschiedliche
optimale Wandformen erforderlich sein. Wenn über diese Begriffe Klarheit besteht,
können für verschiedenartige Anwendungen optimale Wandformen sowohl mathematisch
als auch experimentell entwickelt werden. Beider Bestimmung einer erforderlichen
Kontur einer Richtwand sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Zu diesen
Faktoren gehören die Art des Strömungsmediums, in welchem die Fremdstoffe mitgeführt
werden, die Art der Teilchen, ihre Masse, Geschwindigkeit, radiale Verteilung usw.
Natürlich ist die Form der .den Drall herbeiführenden Leitschaufeln auch' ein zu
berücksichtigender wichtiger Faktor.
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Die vorstehenden Analysen in bezug auf die Abscheider nach den F i
g. 3 und 5 sind insofern etwas grob angenähert, als angenommen wurde, daß sich die
Teilchen nur in zwei Dimensionen bewegen; in Wirklichkeit werden sie zusätzlich
zu ihrer axialen und radialen Bewegung noch um die Achsen der-Abscheider herumgewirbelt.
Trotzdem hat sich herausgestellt, daß diese Art des Vorgehens bei der Bestimmung
optimaler Wandformen unter verschiedenartigen Betriebsbedingungen relativ und ausreichend
genau ist.
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Die einen Drall hervorrufenden bzw. diesen Drall aufhebenden Leitschaufeln
haben eine besondere Form. Diese soll derart ausgebildet sein, daß die von dem Luftstrom
mitgeführten Teilchen den Außenumfang des Strömungsmitteldurchlasses in Strömungsrichtung
vor dem zweiten Wandteil erreichen.
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Es ist äußerst schwierig, die genaue Schaufelform mit hoher Genauigkeit
zu bestimmen, da diese in erheblichem Maße von bestimmten Faktoren der vorstehend
in Zusammenhang mit der Richtwand erörterten Art abhängig ist, zu denen die Art
des Strömungsmediums, in welchem die Fremdstoffe mitgeführt werden, die Art der
Teilchen, ihre Masse, Geschwindigkeit, radiale Verteilung usw. gehören. Zwei Formen
oder Ausbildungen, denen bei der detailierten Bauweise oder Konstruktion eines beliebigen
erfindungsgemäß gebauten Abscheiders gewiß Beachtung zu schenken wäre, sind die
Ausführung mit freiem Wirbeleffekt und die Ausführung mit konstanter (gleichbleibender)
Ablenkung. Eine Bauweise mit freiem Wirbeleffekt erzeugt einen starken Drall an
der Nabe und einen geringen Drall an den Enden der Leitschaufeln. Bei einer solchen
Bauweise kann der Drall an der Nabe übermäßig stark sein, während der Drall an den
Schaufelenden unzureichend sein kann, obwohl die Teilchen im äußeren Bereich der
Leitschaufelenden nur eine kurze radiale Strecke zu durcheilen haben. Entsprechend
kann eine Bauweise mit konstanter, gleichbleibender Ablenkung an den Schaufelenden
einen übermäßigen Drall und an der Nabe einen unzureichenden Drall erzeugen. Es
leuchtet demzufolge ein, daß zu optimalen Abscheideergebnissen unter verschiedenen
Bedingungen ein unterschiedlicher Drallverlauf erforderlich sein kann. Was die den
Drall aufhebenden Leitschaufeln anlangt, so kann deren Form unter den meisten Betriebsbedingungen
so bestimmt werden, daß sie die zum Aufheben des durch das vordere Drallgitter erzeugten
Dralls erforderlich ist. Wenn der Abscheider und das Gasturbinentriebwerk jedoch
zu einer zusammenhängenden Einheit zusammengefaßt sein sollen, können die Einlaßleitschaufeln
für den Verdichter in Wegfall gebracht werden. In diesem Fall müssen die den Drall
aufhebenden Leitschaufeln den Verdichterlaufschaufeln den Luftstrom in der allgemein
durch die Einlaßleitschaufeln bewirkten Weise zuführen.
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Ein Abscheider 60 mit einstellbaren Einlaßdrallschaufeln 61 und den
Drall aufhebenden Auslaßleitschaufeln 62 ist in F i g. 6 veranschaulicht. Bei ihm
lassen sich die Leitschaufeleinstellwinkel so einsteilen, daß sich das Ausmaß des
unter verschiedenen Betriebsbedingungen erzeugten und aufgehobenen Dralls verändert.
Dadurch, daß der Abscheider 60 einstellbare Drallschaufeln und einstellbare, den
Drall aufhebende Schaufeln besitzt; kann er über einen viel größeren Bereich von
Betriebsbedingungen- eine wirksame Abscheidung durchführen, als es sonst möglich
wäre. Darüber -hinaus kann das Gasturbinenaggregat, - indeni " die - Leitschaufeln
61 und 62 so eingestellt werden, daß der Luftstrom- keinen Drall erhält, bei einem
Mindestmaß ..an- Eriezgieverlusten unter Bedingungen wirksam arbeiten, unter welchen
eine Abscheidung nicht erforderlich ist, beispielsweise bei einem Betrieb in größeren
Höhen, in welchen in der Umgebungsluft keine Fremdstoffe vorhanden sind.
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Gemäß der Darstellung in F i g. 6 ist die Abscheidevorrichtung 63
in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Einlaßdrallgitter 61 angeordnet. Obwohl
der Abscheider 63 beim Abscheiden von kleinen Fremdstoffteilchen äußerst wirksam
ist, kann ein geringer Prozentsatz der Teilchen den Abscheideschlitz 64 verfehlen.
Von diesem. geringen Prozentsatz ist der allergrößte Teil der Fremdstoffteilchen
natürlich im Bereich des Außenumfangs des axialen Durchlasses 65 konzentriert. Um
zu verhindern, daß diese Teilchen in den Verdichter des Gasturbinentriebwerks
eindringen,
ist hinter dem Abscheider 63 ein weiterer Abscheider 66 nach der Erfindung angeordnet,
der im wesentlichen mit dem Abscheider nach F i g.1 und 2 übereinstimmt.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß der verbesserte Axialabscheider
nach der Erfindung beim Entfernen von -kleinen Fremdstoffteilchen aus einem Luftstrom
hochgradig wirksam ist, ohne daß übermäßige Druckverluste eintreten und der Luftstrom
übermäßig gedrosselt wird. Darüber hinaus hat der Abscheider nach der Erfindung
ein geringes Gewicht und einen geringen Raumbedarf, so daß er für Flugzeuge besonders
geeignet ist. Außerdem ist der Abscheider, da er keine umlaufenden und keine beweglichen
Teile besitzt und nur bei Umgebungstemperatur arbeitet, verhältnismäßig unkompliziert
und kann folglich aus nicht hitzebeständigen Werk-Stoffen hergestellt sein- Danach
ist der Abscheider gemäß der Erfindung sowohl hinsichtlich seiner Herstellung als
auch seiner Unterhaltung ein verhältnismäßig wirtschaftlicher Bauteil.