DE2121043C2

DE2121043C2 - Luftabblaseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2121043C2
Application number: DE2121043A
Authority: DE
Inventors: Robert Ray Cincinnati Ohio Girard; Gerald Eugene Shipley
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1981-10-08
Also published as: CA940312A; US3638428A; JPS5429644B1; GB1345892A; FR2088303B1; FR2088303A1; BE766616A; DE2121043A1

Description

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rotor 38 auf, der zusammen mit dem Bläserrotor 28 den stromaufwärtigen Abschnitt des Luftleitkanals 14 bildet

Im Betrieb wird ein Teil des durch die großen Bläserschaufeln 30 verdichteten Strömungsmittels durch die Düse 24 hindurch ausgestoßen, um einen Vortriebsschub zu erzeugen. Ein Teil der Strömung tritt in den Einiaß 16 ein, um durch die Niederdruck- und Hochdrackverdichter-Kompressoreinrichtungen 34 und 12 weiter verdichtet zu werdea In üblicher Weise umfaßt das Gasturbinentriebwerk gemäß F i g. 1 einen nicht gezeigten Brenner, um das verdichtete Strömungsmittel von dem Verdichter 12 aufzunehmen und eine heiße Gasströmung zu erzeugen, und unabhängig voneinander umlaufende, in einer Reihe angeordnete Hochdruck- und Niederdruck-Turbinen (nicht gezeigt), um der heißen Gasströmung Arbeit zu entnehmen und die Rotoren 38 bzw. 28 anzutreiben. Da die Rotoren 28 und 38 unabhängig voneinander drehbar sind, kann während gewisser Betriebsbedingungen, wie sie z. B. während einer Drehzahlabnahme des Bläsertriebwerkes auftreten können, die Strömungsgeschwindigkeit oder der Strömungsmitteldurchsatz des »on dem Niederdruckverdichter 34 gelieferten Strömungsmittels die Strömungsgeschwindigkeit überschreiten, die für den Hochdruckverdichter erforderlich ist Wenn eine derartige aerodynamische Fehlanpassung auftritt kann der daraus resultierende Rückdruck auf den Niederdruckverdichter dessen Wirkungsgrad nachteilig beeinflussen und einen Strömungsabriß herbeiführen

Um für eine derartige Anpassung zu sorgen, ist ein Abblasventilmechanismus 40 vorgesehen, um überschüssiges Strömungsmittel in den Bläserkanal 22 abzublasen, damit dieses überschüssige Strömungsmittel durch die Schubdüse 24 hindurch austritt Wie in F i g. 1 allgemein gezeigt ist weist der Abblasventilmechanismus 40 mehrere im allgemeinen radial verlaufende, auf dem Umfang mit Abstand angeordnete Luftabblasleitungen 42, mehrere variabel öffnende Ventile 44 und eine Gleichlaufvorrichtung 46 für die Ventile 44 aii.

Jede Abblasleitung 42 ist in der Weise dargestellt daß sie einen im allgemeinen rechtwinkligen Querschnitt besitzt und einen Einlaß 48, der mit dem Luftleitkanal 14 zwischen den Verdichtern 12 und 34 in Verbindung steht sowie einen Auslaß 50 aufweist, der mit dem Bläserkanai 22 in Verbindung steht

jedes Ventil 44 enthält eine im allgemeinen rechtwinklige Ventilplatte 51, die an dem Kerntriebwerksgehäuse 10 angelenkt ist, wie es bei 52 dargestellt ist damit sie in und aus ehtcr Stellung heraus drehbar ist, in der seine zugeordnete Abblasleitung 42 geschlossen und variabel geöffnet ist.

Wie am besten aus Fig.2 hervorgeht ist jede Gelenkverbindung 52 vorzugsweise nahe dem stromaufwärtigen Rand ihres entsprechenden Ventils 44 und neben dem Einlaß 48 der Abblasleitung angeordnet. Dabei ist die Ventilplatte 51 vorzugsweise mit einer geeigneten Innenfläche 54 versehen, um eine im allgemeinen stromlinienförmige Fortsetzung der Außenwand 18 des Luftleitkanals 14 zu bilden, wenn sich das Ventil in seiner Schließstellung befindet. Durch eine derartige Anordnung und Ausbildung des Ventils werden Beeinträchtigungen bzw. Störungen des durch den Luftleitkanal 14 hindurchtretenden Strömungsmit-IeIs und damit verbundene Leistungsverluste stark vermindert.

In den Fig.2 und 3 i.« die Gleichlaufvorrichtung 46 für die Ventile mit einem Gleichlaufring 56, der stromaufwärts von den Ventilen 44 angeordnet ist und mehreren Winkelhebeln 58 dargestellt Die WinkelhebH 58 sind zwischen dem Gleichlaufring und den Ventilen 44 an dem Gehäuse 10 des Kerntriebwerkes drehbar angebracht damit sie sich um eine Achse drehen, die im allgemeinen radial zur Längsachse des Triebwerkes oder des Luftleitkanals 14 verläuft Jeder Winkelhebel 58 besitzt einen ersten Arm 62, der von seiner Drehachse stromaufwärts verläuft und nahe seinem

ίο entfernten Ende, wie z. B. bei 64, mit dem Gleichlaufring 56 schwenkbar verbunden ist Ferner weist jeder Winkelhebel einen zweiten Hebelarm 66 auf, der sich von seiner Drehachse itromabwärts erstreckt und über eine Stange 68 mit dem Ventil 44 schwenkbar verbunden ist so daß bei einer Drehung des Gleichlaufringes 56 und einer Umsetzung bzw. Verschiebung entlang der Längsachse des Triebwerkes jedes Ventil 44 um seine Gelenkverbindung 52 geschwenkt wird.

In Fig.3 ist eine Vorrichtung ü-j Drehung des Gleichlaufringes dargestellt Diese Voirirhtung umfaßt wenigstens einen Antriebswinkelhebel 70 mit einem ersten Arm 72, der mit dem Gleichlaufring 56 schwenkbar verbunden ist und einen zweiten Arm 74, der übe- eine Stange 78 mit einer fluidischen oder mechanischen Betätigungsvorrichtung 76 schwenkbar verbunden ist

Wie am besten aus Fig.2 hervorgeht weist der Gleichlaufring 56 einen im allgemeinen C-förmigen Querschnitt auf und bildet einen axial stromabwärts gerichteten Innenraum 79, um das entfernte Ende von jedem Hebelarm 62, 72 mit ausreichendem Radialspiel aufzunehmen, so daß dazwischen eine Radialbewegung möglich ist Jede Schwenkverbindung 64 enthält vorzugsweise ein von den Kurbelarmen 62, 72 getragenes Kugelgelenk 80, das an dem Gleichlaufring 56 durch einen radial angeordneten Lagerstift 82 befestigt ist Dieser ist so bemessen, daß er ein freies radiales Gleiten zwischen dem Kugelgelenk und dem Stift 82 erlaubt Auf diese Weise nehmen die Kugelgelenke 80 eine relative Drehbewegung zwischen dem Gleichlaufring 56 und den Armen 62,72 auf, die um die Längsachse jedes Armes herum auftritt während die relative Radialbewegung zwischen dem Gleichlaufring 56 und den Kurbelarmen 62, 72 durch das radiale Gleiten der Kugelgelenke 80 entlang den radialen Achsen der Lagerstifte 82 aufgenommen wird

Der Kurbelarm 66 von jedem Winkelhebel 58 ist mit einem Halterungsansatz 84 der von jeder Ventilplatte 51 radial nach außen ragt vorzugsweise über die Stange 68 und Kugelgelenke 88 und 90 verbunden. Dabei verlaufen die Hauptschwenkachse des Kugelgelenks 88 im allgemeinen radial zur Längsachse des Triebwerks und die Hauptschwenkachse des Kugelgelenks 90 im allgemeinen parallel ?.ur Gelenkverbindung 52.

Auf ähnliche Weise ist der Kurbelarm 74 von jedem Antriebswinkelhebel 70 über eine Stange 78 und Kugelgelenke 96 und 98 mit einer Kolbenstange 92 der Betätigungseinrich: jng 76 verbunden.

Der Gleichlaufring 56 ist vorzugsweise mit einer zylindrischen Innenfläche 100 versehen, die gleitend und teleskopartig an einer zylindrischen Gleitbahn 102 angreift, die von dem Kerntriebwerksgehäuse 10 gebildet wird, um auf diese Weise für eine Halterung des

μ Gleichlaufringes zu sui'gen.

Um die Reibung zwischen dem Gleichlaufring und der zylindrischen Gleitbahn 102 auf ein Minimum herabzusetzen, können entweder die Gleitbahn, die zylindrische

Innenfläche 102 oder beide mit einem reibungsmindernden Material, wie z. B. Polyamid, Tetrafluoräthylen oder ähnliches, überzogen sein.

Wenn im Betrieb eine gegebene Strömungsmittelmenge von dem Luftleitkanal 14 abgeblasen werden soll, dreht die Betätigungseinrichtung 76 Ober die Stange 78 und die Kugelgelenke 96, 98 die Winkelhebel 70 entsprechend den in F i g. 3 dargestellten Relationen im Gegenuhrzeigersinn, um den Gleichlaufring 56 zu drehen und diesen entlang der zylindrischen Gleitbahn 102 zu verschieben. Auf eine derartige Bewegung des Gleichlaufringes 56 hin dreht sich im Gleichlauf damit jeder Winkelhebel 58 im Gegenuhrzeigersinn (gemäß F i g. 3) um seine radiale Achse und bewirkt damit über die Winkelhebelarme 66, die Stange 68 und die Kugelgelenke 88 und 90 eine gleichzeitige Drehung jedes Ventils 44 um seine Schwenkverbindung 52. Dadurch kann jedes Ventil 44 variabel geöffnet oder in

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Da der Druck stromabwärts von dem Niederdruckverdichter 34 größer ist als der Druck im Bläserkanal 22 wird stromabwärts von den langen Schaufeln 30, wenn sich die Ventile 44 nicht in ihren Schließstellungen

■> finden, eine Abblasströmung vom Kanal 14 zum Kanal 22 ausgebildet, wobei die Geschwindigkeit der Abblasströmung proportional zur Druckdifferenz zwischen den Kanälen 14 und 22 und der Größe der Ventilöffnung ist. Demzufolge kann durch Veränderung der Dreh-

oder Öffnungsstellung des Ventils 44 die Abblasströmung abgestimmt werden, um die an den Hochdruckverdichter 12 gelieferte Luftströmung bei den verschiedenen Triebwerksbetriebsbedingungen an die Erfordernisse des Hochdruck Verdichters 12 anzupassen.

π Indem der Einlaß 48 der Abblasleitungen in einem gewissen Abstand sowohl zum Niederdruck als auch zum Hochdruckverdichter angeordnet wird, wird der Belastungseffekt auf diese Verdichter infolge einer Gfenisciiiciiiabirciiiiuiig siark herabgesetzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Luftabblasejnrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Niederdruekverdichter und einem mit diesem über einen im Querschnitt ringförmigen Luftleitkanal verbundenen und mit ihm fluchtenden Hochdruckverdichter, wobei an den Luftleitkanal eine mit einem Ventil versehene, nach außen führende Luftabblasleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (18) des Luftleitkanals (14) mehrere Luftabblasleitungen (42) vorgesehen sind, daß jede Luftabblasleiturig (42) an ihrem Eingang ein variabel öffnendes Ventil (44) mit einer an der Außenwand (18) angelenkten Ventilplatte (51), die bei geschlossenem Ventil (44) mit der Außenwand (18) eine gleichmäßige Oberfläche bildet, aufweist, und daß alle Ventile (44) über eine gemeinsame Gleichlaufvorrichtung (46) verstellbar sind.

2. Luftsbblaseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlaufvorrichtung (46) einen Gleichlaufring (56), der die Außenwand (18) umgibt, einen Winkelhebel (58) für jede Ventilplatte (51), der an seinem Scheitel an der Außenwand (18) für eine Drehung um eine im allgemeinen radial zum Luftkanal (14) verlaufende Achse gelagert ist, und einen ersten Arm (62), der (bei 64) mit dem Gleichlaufring (56) schwenkbar verbunden ist, und einen zweiten Arm (66), der an der Ventilplatte (44) schwenkbar angelenkt ist, aufweist, und eine Vorrichtung (70, 76) zur Drehung des Gleichlaufringes (56) umfaßt.

3. Luftabblaseinrior/tung u.ich Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, OaR die Vorrichtung (70, 76) zur Drehung des Gleichlaufrir ges (56) wenigstens einen Antriebswinkelhebel (70) aufweist, der an seinem Scheitel an der Außenwand (18) für eine Drehung um eine im allgemeinen radial zum Luftleitkanal (14) verlaufende Achse gelagert ist und dessen erster Arm (72) mit dem Gleichlaufring (56) und dessen zweiter Arm (74) mit einem Stellmotor (76) schwenkbar verbunden ist

4. Luftabblaseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Außenwand (18) getragene Gleitbahn (102) zur Lagerung des Gleichlaufringes (56) vorgesehen ist, der mit einer zylindrischen Innenfläche (100) versehen ist, die sich gegenüber der Gleitbahn (102) in axialer Richtung und Umfangsrichtung bewegt.

5. Luftabblaseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ventilplatte (51) einen Betätigungsarm (44) aufweist, der von der Vcntilplatte (51) radial nach außen ragt und mit einer Stange (68) verbunden ist, deren anderes Ende mit dem Winkelhebel (58) in Verbindung steht.

6. Luftabblaseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichlaufring (56) einen im allgemeinen C-förmigen, stromabwärts offenen Querschnitt aufweist, dessen Innenraum (79) für die Anlenkung der äußeren Enden der ersten Arme (62,72) mit ausreichendem Spiel bemessen ist, so daß dazwischen eine relative Radialbewegung möglich ist, wobei jede Anlenkung für die ersten Arme (62, 72) ein Kugelgelenk (80) aufweist, das innerhalb des C-förmigen Querschnitts in radialer Richtung zum Gleichlaufring (56) verschiebbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftabblaseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I,

Eine derartige Luftabblaseinrichtung ist aus der US-PS 30 91 080 bekannt Dort wird ein Verdichterströmungsabriß dadurch verhindert, daß an einer Stelle zwischen den Nieder- und Hochdruckverdichtern eine einzelne Luftabblasleitung angeschlossen ist

In Gasturbinentriebwerken ändert sich der Strömungsmitteldurchsatz ständig mit den Betriebsbedingungen. Es ist deshalb wünschenswert, daß die Druckverhältnisse zwischen dem Nieder- und Hochdruckverdichter entsprechend diesen Betriebsbedingungen angepaßt werden können, damit die Verdichter mit optimalen Wirkungsgraden arbeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Luftabblaseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine kontinuierliche aerodynamische Anpassung der in einem Luftleitkanal angeordneten Nieder- und Hochdruckverdichter ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß die variabel öffnenden Ventile in den Luftabblasleitungen eine Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen gestatten, wodurch nicht nur Schäden an den Verdichtern vermieden, sondern auch deren Wirkungsgrade optimiert werden können. Dabei läßt sich die Luftabblaseinrichtung gemäß der Erfindung aus kleinen und leichten

Maschinenteilen aufbauen, so daß insbesondere bei

Flugzeugen keine wesentlichen Größen- und Gewichts-

probleme auftreten.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

F i g. 1 ist ein Teilschnitt einer Hälfte eines Turbinentriebwerkes mit einer Luftabblas^inrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.2 ist eine vergrößerte Que?schnittsdarstellung der in F i g. 1 gezeigten Luftabblaseinrichtung;

F i g. 3 ist eine Draufsicht auf den in F i g. 2 gezeigten Teil der Luftabblaseinrichtung.

F i g. 1 zeigt das Vorderteil eines Gasturbinentriebwerkes mit einem Gehäuse 10, das den Hochdruckverdichter 12 trägt und umschließt und wenigstens einen Teil eines kreisförmigen Luftleitkanals 14 bildet Der Kanal 14 weist eineri Einlaß 16 an seinem stromaufwärtigen Ende auf und wird zum Teil von einer im allgemeinen stromlinienförmigen Außenwand 18 begrenzt Ober das stromaufwärtige Gehäuseende ist ein ringförmiges Bläsergehäuse 20 geschoben und gegenüber diesem nach außen mit radialem Absland angeordnet, um dazwischen einen ringförmigen Bläserkanal 22 zu bilden, an dessen stromabwärtigem Ende eine Schubdüse 24 angeordnet ist. Eine Innenwelle 26 verläuft im allgemeinen koaxial innerhalb des Hochdruckverdichters 12 und trägt an ihrem stromaufwärtigen Ende einen Bläserrotor 28. Der Bläserrotor 28 weist eine Stufe langer Bläsersehaufeln 30 und zahlreiche stromabwärts mit axialem Abstand angeordnete Stufen kleinerer Schaufeln 32 auf. Die langen Bläsersehaufeln 30 erstrecken sich über den Bläserkanal 22, während sich die kleineren Schaufeln 32 über den Luftleitkanal 14 erstrecken und einen Niederdruckverdichter 34 bilden, zu dem auch Führungsschaufeln 36 gehören.

Der Hochdruckverdichter 12 weist einen Hochdruck-