DE19834530A1 - Anordnung eines als Abblaseventil eines Axialverdichters fungierenden Blendenringes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines als Abblaseventil eines Axialverdichters fungierenden Blendenringes, der in Axialrichtung verschiebbar durch mehrere die Verschiebebewegung ermöglichende Unlenkhebel sowie durch mehrere in Radialrichtung umfangsmäßig auf den Blendenring einwirkende Zentrierfedern gehalten ist, wobei der Blendenring in einer konzentrisch zu diesem liegenden Gehäusewand vorgesehene Luftaustrittsöffnungen, die mit dem Strömungskanal des Axialverdichters in Verbindung stehen, positionsabhängig mehr oder weniger abdeckt. DOLLAR A Erfindungsgemäß stützt sich der Blendenring zusätzlich mit seiner den Luftaustrittsöffnungen zugewandten Fläche auf einem in der Gehäusewand gelagerten Dichtungsring ab. Da hierdurch die Kippneigung des Blendenringes erheblich reduziert wird, kann einhergehend mit dieser Erfindung die Anzahl der Umlenkhebel reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines als Abblaseventil eines Axialver­ dichters fungierenden Blendenringes, der in Axialrichtung verschiebbar durch mehrere die Verschiebebewegung ermöglichende Umlenkhebel sowie durch mehrere in Radialrichtung umfangsmäßig auf den Blendenring einwir­ kende Zentrierfedern gehalten ist, wobei der Blendenring in einer konzen­ trisch zu diesem liegenden Gehäusewand vorgesehene Luftaustrittsöffnun­ gen, die mit dem Strömungskanal des Axialverdichters in Verbindung ste­ hen, positionsabhängig mehr oder weniger abdeckt. Eine derartige Anord­ nung bildet zumindest internen Stand der Technik; ferner wird zum techni­ schen Umfeld beispielshalber auf die WO 95/10709 verwiesen.

Unter anderem in Gasturbinentriebwerken, die zum Antrieb von Luftfahrzeu­ gen eingesetzt werden, wird der durch das Gasturbinentriebwerk geförderte Luftstrom in zumeist mehrstufigen Axialverdichtern verdichtet und danach der Triebwerks-Brennkammer zugeführt. In verschiedenen Betriebszustän­ den des Gasturbinentriebwerks, wie zum Beispiel im Start, ist die tatsächlich benötigte Luftmenge geringer als die im Axialverdichter geförderte Luftmen­ ge. Um zu verhindern, daß es in diesen Fällen zu einem Strömungsabriß im Axialverdichter kommt, ist letztgenannter - wie dem Fachmann bekannt ist - mit zumindest einem Abblaseventil versehen, über welches in diesen ge­ nannten Betriebszuständen ein Teil des Luftstromes vor dem Eintritt in die Brennkammer aus dem Triebwerk in die Umgebung abgeführt wird.

Es sind verschiedene Arten von Abblaseventilen bekannt. Eine gängige Va­ riante ist dabei ein sog. Blendenring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1. Dieser zumindest internen Stand der Technik bil­ dende Blendenring ist einerseits durch sog. Umlenkhebel gehalten und zu­ sätzlich durch mehrere umfangsmäßig am Außen-Mantel des Blendenringes in Radialrichtung angreifende Zentrierfedern geführt. Bei dieser bekannten Konstruktion kann es insbesondere durch unterschiedliche thermische Aus­ dehnungen der unterschiedlichen verwendeten Materialien (bspw. auch der genannten Verschiebemechanik, d. h. u. a. der Umlenkhebel) zu einem ge­ ringfügigen Kippen des Blendenringes kommen. Hieraus können uner­ wünschte Undichtigkeiten resultieren.

Eine Abhilfernaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß sich der Blen­ denring zusätzlich mit seiner den Luftaustrittsöffnungen zugewandten Fläche auf einem in der Gehäusewand gelagerten Dichtungsring abstützt. Vorteil­ hafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch den Axialverdichter eines Gastur­ binen-Flugtriebwerkes im Bereich eines als Abblaseventil fun­ gierenden Blendenringes,

Fig. 2 einen weiteren Teillängsschnitt im Bereich der Betätigungsme­ chanik des Blendenringens in einer gegenüber Fig. 1 um die Axialverdichter-Längsachse gedrehten Schnittebene, sowie

Fig. 3 in einer weiteren gegenüber Fig. 2 um die Axialverdichter- Längsachse gedrehten Schnittebene u. a. einen der mehreren, den Blendenring haltenden Umlenkhebel.

Mit der Bezugsziffer 11 ist der sich in Axialrichtung 1 des gezeigten Axialver­ dichters erstreckende ringförmige Strömungskanal bezeichnet, in welchem wie bekannt der zu verdichtende Luftstrom durch lediglich bruchstückhaft dargestellte Leitschaufeln 21 und Laufschaufeln 22 geführt wird. In üblicher vereinfachter Weise ist lediglich ein Teil der oberhalb der nicht gezeigten in Axialrichtung 1 verlaufenden Axialverdichter-Längsachse liegenden Hälfte dieses Strömungskanales 11 dargestellt.

In der den Strömungskanal 11 begrenzenden Gehäusewand 3 des Axialver­ dichters sind - bezüglich Axialrichtung 1 ringförmig angeordnet - mehrere Luftaustrittsöffnungen 4 vorgesehen, über welche ein Teil des im Strö­ mungskanal 11 geführten Luftstromes gemäß Pfeil 23 über mehrere im Ge­ häuse 24 des Axialverdichters vorgesehene Abblasekanäle 27 (deren Ka­ nalwand ist mit der Bezugsziffer 8 bezeichnet) in die Umgebung abgeführt werden kann. Die Menge des über diese Luftaustrittsöffnungen 4 abgeführ­ ten Luftstromes wird dabei durch ein Abblaseventil bestimmt, welches hier als ein dem Fachmann bekannter Blendenring 2 ausgebildet ist.

Dieser koaxial zur Axialverdichter-Längsachse angeordnete ringförmige Blendenring 2 ist in sämtlichen Figurendarstellungen in der die Luftaustritts­ öffnungen 4 vollständig verschließenden Position dargestellt, wobei eine den Luftaustrittsöffnungen 4 zugewandte Innen-Fläche des Blendenringes 2 die­ se Luftaustrittsöffnungen 4 quasi abdeckt. Wird ausgehend von dieser ge­ zeigten Position der Blendenring 2 in Axialrichtung 1 mehr oder weniger nach links verschoben, so werden die ringförmig angeordneten Luftaustritts­ öffnungen 4 mehr oder weniger freigegeben, so daß ein dementsprechender Anteil des im Strömungskanal 11 geführten Luftstromes gemäß Pfeil 23 aus dem Strömungskanal 11 abgeführt werden kann.

Zur Einleitung der genannten Verschiebebewegung des Blendenringes 2 greifen an diesem über dessen Umfang verteilt angeordnet mehrere An­ steuerungshebel 7 an (vgl. Fig. 2), die im Bereich jedes Abblasekanales 27 von einem Schutzrohr 6 umgeben sind. Eine unterschiedliche Positionierung dieser Ansteuerungshebel 7 veranlaßt in Zusammenwirken mit den mehre­ ren sog. Umlenkhebeln 5, über welche - wie Fig. 3 zeigt - der Blendenring 2 an der Gehäusewand 3 des Axialverdichters gehalten ist, eine Verschiebung des Blendenringes 2 in Axialrichtung 1. Wie ersichtlich sind dabei die Um­ lenkhebel 5 mit ihren beiden Enden sowohl am Blendenring 2 als auch an der Gehäusewand 3 verdrehbar um eine parallel zur Radialrichtung 25 ver­ laufende Drehachse 5a bzw. 5b angebunden, derart, daß diese bei einer unterschiedlichen Positionierung der Ansteuerungshebel 7 eine dementspre­ chende (gewünschte) Verschiebung des Blendenringes 2 in Axialrichtung 1 ermöglichen.

Zusätzlich zur Aufhängung über die Umlenkhebel 5 ist der Blendenring 2 noch durch sog. Zentrierfedern 13 geführt (vgl. Fig. 1), die im wesentlichen gleichmäßig über dem Umfang des Blendenringes 2 verteilt auf dessen Au­ ßen-Mantel 2c in Radialrichtung 25 pressend einwirken. Durch diese mehre­ ren Zentrierfedern 13 wird der Blendenring 2 somit im wesentlich zentrisch zur (hier nicht gezeigten) Längsachse des Axialverdichters gehalten. Dabei ist jede im wesentlichen L-förmige Zentrierfeder 13 über eine Schraub­ verbindung 26 an der Gehäusewand 3 des Axialverdichters befestigt. Im üb­ rigen weist hier - wie ersichtlich - der Blendenring 2 zwischen dem mit den Zentrierfedern 13 zusammenwirkenden und den Außen-Mantel 2c bildenden Abschnitt und dem mit den Luftaustrittsöffnungen 4 zusammenwirkenden und die Innen-Fläche 2b bildenden Abschnitt eine Stufe auf, jedoch ist dies für das Wesen der vorliegenden Erfindung unerheblich.

Die Funktion der genannten Zentrierfedern 13 ist es, das sich im Betrieb des Axialverdichters einstellende Radialspiel zu begrenzen. Im Betrieb erwärmt sich nämlich der Axialverdichter, so daß sich die unterschiedlichen Bauteile bzw. Bestandteile desselben thermisch ausdehnen. Aufgrund unterschiedli­ cher Temperaturverhältnisse an verschiedenen Orten, insbesondere jedoch aufgrund unterschiedlicher verwendeter Materialien dehnen sich dabei die einzelnen Bauteile unterschiedlich aus. Die Folge hiervon ist ein sich ein­ stellendes Radialspiel des Blendenringes 2, d. h. in der zur Axialrichtung 1 senkrechten Radialrichtung 25 wäre ohne diese Zentrierfedern 13 die Lage­ rung des Blendenringes 2 nicht mehr exakt definiert.

Obwohl nun der Blendenring 2 sowohl durch die Umlenkhebel 5 gehalten als auch zusätzlich durch die Zentrierfedern 13 bezüglich der (zur Axialrichtung 1 parallelen) Längsachse des Axialverdichters zentriert ist, kann dieser Blen­ denring 2 aufgrund des erforderlichen Radialspieles - hervorgerufen durch die bereits genannten unterschiedlichen Wärmedehnungen - immer noch geringfügig gegenüber der Axialverdichter-Längsachse kippen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß die der Luftaustrittsöffnung 4 zuge­ wandte Fläche 2b des Blendenringes 2, die eigentlich parallel zur Axialrich­ tung 1 verlaufen sollte, dann mit dieser Axialrichtung 1 (bzw. mit der Axial­ verdichter-Längsachse) einen zwar geringen jedoch meßbaren spitzen Win­ kel einschließen würde. Dieses unerwünschte Kippen könnte dann zur Folge haben, daß die Luftaustrittsöffnungen 4 in der in den Figuren dargestellten Position des Blendenringes 2 nicht mehr vollständig verschließbar wären, und zwar trotz des Vorhandenseins einer im folgenden kurz erläuterten Balgdichtung 10.

Wie ersichtlich liegt nämlich in der die Luftaustrittsöffnungen 4 vollständig abdeckenden Position des Blendenringes 2 dessen freies Ende 2a an einer in der Gehäusewand 3 bzw. in der Kanalwand 8 vorgesehenen Balgdichtung 10 an, d. h. mit seinem freien, dem Bereich des Außenmantels 2c gegen­ überliegenden Ende 2a verschließt der Blendenring 2 zumindest bei exakter koaxialer Ausrichtung mit der Axialverdichter-Längsachse die Luftaustritts­ öffnungen 4 vollständig und sicher, nachdem aufgrund der bekannten sy­ stemimmanenten Flexiblität der Balgdichtung 10 zwischen dieser sowie dem freien Ende des Blendenringes 2 kein Spalt oder dgl. vorliegt.

Jedoch könnten sich bei der dargestellten und somit die Luftaustrittsöffnun­ gen 4 abdeckenden Position des Blendenringes 2 im Falle eines geringfügi­ gen bereits beschriebenen Kippens desselben gegenüber der Axialrichtung 1 am dem freien Ende 2a gegenüberliegenden Endabschnitt der Innen- Fläche 2b des Blendenringes 2 Undichtigkeiten einstellen. Wie ersichtlich wirkt in diesem Endabschnitt die Innen-Fläche 2b des Blendenringes 2 mit einem an der Gehäusewand 3 vorgesehenen, den Luftaustrittsöffnungen 4 benachbarten Steg 26 zusammen, d. h. die Luftaustrittsöffnungen 4 liegen zwischen dem Steg 26 und dem nicht näher bezeichneten, die Balgdichtung 10 aufnehmenden Abschnitt der Gehäusewand 3 bzw. der Kanalwand 8.

Um nun derartige Undichtigkeiten im Bereich dieses Steges 26 bei einer ge­ ringfügig gekippten Position des Blendenringes 2 zu verhindern, ist in einer im freien Ende des Steges 26 vorgesehenen nicht näher bezeichneten Nut ein Dichtungsring 9 angeordnet, auf dem sich der Blendenring 2 mit seiner den Luftaustriftsöffnungen 4 zugewandten Fläche 2b (zusätzlich zur be­ schriebenen Aufhängung an den Umlenkhebeln 5) abstützt. Dieser Dich­ tungsring 9 ist bevorzugt ähnlich einem Kolbenring ausgebildet, wodurch der Durchmesser des Dichtungsringes 9 über einem gewissen Bereich variabel ist und wobei dieser Dichtungsring 9 stets unter Vorspannung stehend an der Innen-Fläche 2b des Blendenringes 2 anliegt.

Bei minimal thermisch ausgedehntem Blendenring 2 wird dessen Radialspiel durch den in der genannten Nut des Steges 26 auf Anschlag gedrückten Dichtungsring 9 begrenzt. In Mittelstellung des Blendenringes 2 ist das Ra­ dialspiel dann maximal. Zudem wird durch die Begrenzung des Radialspieles ebenso das Axialspiel begrenzt und damit auch definiert. Durch die Toleran­ zen in Axialrichtung 1 kann die Balgdichtung 10 so ausgelegt werden, daß sie bei geschlossenem, d. h. sich in der gezeigten Position befindenden Blendenring 2 immer dichtet, wobei der Dichtungsring 9 immer unabhängig von der Axialtoleranz dichtet.

Daraus ergibt sich der wesentliche Aspekt dieser Erfindung, wobei der Blen­ denring 2 durch eine weitere Dichtung, nämlich durch den Dichtungsring 9 ergänzt wird. Dieser gewährleistet die Dichtwirkung unabhängig von einer Verkippung und einer daraus resultierenden unbestimmten axialen Position des Blendenringes 2.

Zur weiteren Verbesserung der Dichtwirkung im Bereich des Steges 26 und insbesondere auch zum Schutz des Dichtungsringes 9 kann die den Luft­ austrittsöffnungen 4 bzw. dem Dichtungsring 9 zugewandte Innen-Fläche 2b des Blendenringes 2 mit einem Gleitschichtbelag, insbesondere aus einem Teflon-Glasfaser-Gemisch bestehend, versehen sein. Ferner kann jeweils ein Endanschlag für die Zentrierfedern 13 vorgesehen sein, und zwar in Form von sog. Zentrierbügeln 12, die die maximale Auslenkung der Zen­ trierfedern 13 in Radialrichtung 25 begrenzen. Wie ersichtlich ist jeder Zen­ trierfeder 13 ein ähnlich dieser L-förmig geformter jedoch im wesentlichen formsteifer Zentrierbügel 12 zugeordnet und auf gleiche Weise wie die Zen­ trierfeder 13, nämlich über die Schraubverbindung 26 am Gehäuse 24 befe­ stigt und derart angeordnet, daß die jeweilige Zentrierfeder 13 bei maximal zulässiger Auswanderung in Radialrichtung 25 nach außen am zugeordne­ ten Zentrierbügel 12 zum Anliegen kommt.

Jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere kon­ struktiver Art durchaus abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispie­ len gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets erhält man ein als Blendenring 2 ausgebildetes Abblaseventil, dessen Dicht­ wirkung insbesondere durch den zusätzlich eingeführten Dichtungsring 9, darüberhinaus aber auch durch die Begrenzung der radialen Beweglichkeit der Zentrierfedern 13 durch die Zentrierbügel 12 nicht mehr abhängig von der axialen Ungenauigkeit durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoef­ fizienten der Materialien sowie der Umlenkhebel 5 ist. Daher kann einherge­ hend mit dieser Erfindung durch Reduzierung der Anzahl der Umlenkhebel 5, beispielsweise auf drei bzw. fünf anstatt der bisher sieben Umlenkhebel, eine Gewichts- respektive Kostenreduzierung erreicht werden.

Bezugszeichenliste

1

Axialrichtung

2

Blendenring

2

a freies Ende von

2

2

b Innen-Fläche von

2

(

4

zugewandt)

2

c Außen-Mantel von

2

3

Gehäusewand

4

Luftaustrittsöffnung

5

Umlenkhebel

5

a, b Drehachsen der Enden von

5

6

Schutzrohr für Ansteuerungshebel

7

Ansteuerungshebel

8

Kanalwand von

27

9

Dichtungsring, insbesondere Kolbenring

10

Balgdichtung

11

Strömungskanal

12

Zentrierbügel

13

Zentrierfeder

21

Leitschaufel

22

Laufschaufel

23

Pfeil: abgeblasener Luftstrom

25

Radialrichtung

26

Steg (an

3

, neben

4

)

27

Abblasekanal

Claims (6)

1. Anordnung eines als Abblaseventil eines Axialverdichters fungieren­ den Blendenringes (2), der in Axialrichtung (1) verschiebbar durch mehrere die Verschiebebewegung ermöglichende Umlenkhebel (5) sowie durch mehrere in Radialrichtung (25) umfangsmäßig auf den Blendenring (2) einwirkende Zentrierfedern (13) gehalten ist, wobei der Blendenring (2) in einer konzentrisch zu diesem liegenden Ge­ häusewand (3) vorgesehene Luftaustrittsöffnungen (4), die mit dem Strömungskanal (1) des Axialverdichters in Verbindung stehen, positi­ onsabhängig mehr oder weniger abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Blendenring (2) zusätzlich mit seiner den Luftaustrittsöffnungen (4) zugewandten Fläche (2b) auf ei­ nem in der Gehäusewand (3) gelagerten Dichtungsring (9) abstützt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (9) ähnlich einem Kolbenring ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Luftaustrittsöffnungen (4) vollständig abdeckenden Position des Blendenringes (2) dessen freies Ende (2a) an einer in der Gehäusewand (3) vorgesehenen Balgdich­ tung (10) anliegt.

4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftaustrittsöffnungen (4) zu­ gewandte Fläche (2b) mit einem Gleitschichtbelag, insbesondere aus einem Teflon-Glasfaser-Gemisch bestehend, versehen ist.

5. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Umfang des Blendenringes (2) gleichmäßig verteilt zumindest drei parallel zueinander betätigte Umlenkhebel (5) am Blendenring (2) angreifen.

6. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Auslenkung der Zentrierfeder (13) in Radialrichtung (25) begrenzenden Zentrierbügel (12).