DE1291165B - Fremdstoffabscheider fuer Gasturbinen - Google Patents

Fremdstoffabscheider fuer Gasturbinen

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DE1291165B
DE1291165B DEG46464A DEG0046464A DE1291165B DE 1291165 B DE1291165 B DE 1291165B DE G46464 A DEG46464 A DE G46464A DE G0046464 A DEG0046464 A DE G0046464A DE 1291165 B DE1291165 B DE 1291165B
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DE
Germany
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annular
pipe section
swirl
foreign matter
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DEG46464A
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English (en)
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Ehrich Fredric Franklin
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/05Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • .- Eine Ausführungsform de Erfindung weist Filtermittel auf, die verhindern; - daß die allgeschiedenen Fremdstoffe über die Strömungs-. Verbindung .. in den ringförmigen Durchlaß zurück= gelangen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. : .. .
  • .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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Abscheider zum Entfernen von Fremdstoffen aus dem einem Gasturbinentriebwerk zugeführten Luftstrom, mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden, an seinen 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 Drälleinrichtung angeordneten Auffangeinrichtung zur Aufnahme von in dem Luftstrom mitgeführten und durch den Drall abgeschiedenen Fremdstoffen, wobei die Auffangeinrichtung mindestens einen in einer Querebene angrenzend an den Außenumfang des Durchlasses ausgebildeten Abscheideschlitz -aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsverbindung (32, 33) die Auffangeinrichtung (31) und den ringförmigen Durchlaß (22) miteinander verbindet, um das mit den Fremdstoffen in die Auffangeinrichtung (31) gelangende Strömungsmittel in den Durchlaß (22). zurückzuführen.
  2. 2. Abscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Filtermittel (34), die verhindern, daß die abgeschiedenen Fremdstoffe über die Strömungsverbindung (32, 33) in den ringförmigen Durchlaß (22) zurückgelangen.
  3. 3. Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangeinrichtung (31) _ durch ein erstes ringförmiges Rohrstück (27) und ein zu dem ersten Rohrstück (27) koaxial angeordnetes ringförmiges zweites Rohrstück (28) gebildet ist, wobei das in Strömungsrichtung vordere Ende des zweiten -Rohrstücks (28) einen wesentlich kleineren Durchmesser hat als der im gleichen axialen Bereich liegende Teil des ersten Rohrstücks (27) in der Weise, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrstück (27 bzw. 28) ein ringförmiger Auffanghohlraum (21) von erheblicher radialer Ausdehnung gebildet wird.
  4. 4. Abscheider nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dralleinrichtung (25) aus einem Kranz von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, sich in radialer Richtung erstreckenden Leitschaufeln (25) besteht.
  5. 5. Abscheider nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ringförmige Rohrstück (45) in Strömungsrichtung von den Leitschaufeln (44) aus in axialer Richtung divergiert, wobei das stromaufwärtige Ende des zweiten Rohrstücks (46) stromabwärts von dem stromaufwärtigen Ende - des ersten Rohrstücks (45) angeordnet ist.
  6. 6. Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der ringförmige Auslaß (24) des Durchlasses (22) mit der Verdichtereinheit (13) des Gasturbinentriebwerks (11) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Auslasses (24) ein Kranz aus Leitschaufeln (26) angeordnet ist, um den durch die Dralleinrichtung (25) verursachten Drall aus dem Luftstrom zu entfernen, bevor er dem Verdichter (13) zugeführt wird.
  7. 7. Abscheider nach Anspruch 6, dadurch gei kennzeichnet, daß die drallerzeugenden Leitschaufeln (61) lind die den Drall aufhebenden Leitschaufeln (62) verstellbar sind. B. Abscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine zwischen der Dralleinrichtung (61) und der ersten Auffangeinrichtung (66) angeordnete zweite Auffangeinrichtung (63) besitzt, die aus einem ringförmigen Abscheideschlitz (64) und einem diesen (64) in Umfangsrichtung umgebenden Sammelraum zur Aufnahme der aus dem Abscheideschlitz (64) kommenden Fremdstoffe besteht.
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