DE2218874A1 - Vorrichtung zur verstellung der geblaeseschaufeln eines turbinenstrahltriebwerkes - Google Patents

Vorrichtung zur verstellung der geblaeseschaufeln eines turbinenstrahltriebwerkes

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Description

Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln eines (Turbinenstrahltriebwerkes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln eines in Mehrstrombauweise ausgeführten Turbinenstrahltriebwerkes.
Bei neuzeitlichen Turbinenstrahltriebwerken der obengenannten Gattung wird in der Regel der überwiegende Anteil des verfügbaren Triebwerkschubes von Axialgebläsen relativ großen Durchmessers bereitgestellt.
Mit diesen Axialgebläsen sind - bezogen auf die Kerntriebwerkseinheit des jeweiligen Strahltriebwerkes - Nebenstromverhälthisse bis etwa 1o:1 oder darüber erzielbar.
Es hat sich hierbei als besonders zweckmäßig erwiesen, durch Verstellbarkeit der Gebläseschaufeln das Gebläse den veränderten Bedingungen des Reiseflugs anzupassen, um eine Wirkungsgradoptimierung zu erzielen. Weiter soll durch negative Anstellung der Profile Bremsschuh erzeugt werden.
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Die Realisierung einer Vorrichtung zum Verstellen der Gebläseschaufeln bereitet jedoch nicht unerhebliche konstruktive Schwierigkeiten, die zum einen darin begründet sind, daß der z.B. einer Verstellung unterliegende äußere Laufschaufelsatz eines Axialgebläses in der Regel integrierter Bestandteil der Grundtriebwerkseinheit ist, d.h. insbesondere im Falle einer solchen zweckmäßigen Ausführungsform, bei der z.B. die verstellbaren äußeren Gebläselaufschaufeln zusammen mit einem inneren Laufschaufelsatz eines Verdichters des Grundtriebwerkes eine gemeinsam rotierende Einheit bilden.
Bei einem bekannten Vorschlag nach der französischen Patentschrift 2 o46 297 ist zur Verstellung der Gebläselaufschaufeln eines Turbinenstrahltriebwerkes ein kompliziertes Planetenrädergetriebe innerhalb eines der Nabe des Verdichters der Grundtriebwerkseinheit nachgeschalteten Zentralkörpers angeordnet, von dem aus mindestens eine Steckwelle,welche durch den Primärstromkanal dieses Verdichters hindurchgeführt ist, die Verstellbewegung des Getriebes über weitere Zahnradgetriebe - innerhalb des Zwischenraums zwischen Primär- und Sekundärkanal - auf die Gebläseschaufeln überträgt, lieben der Kompliziertheit durch die Anordnung des Verstellgetriebes sowie die Vielzahl zu verwendender Zwischengetriebe zwischen den verstellbaren Gebläselaufschaufeln wird ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung darin gesehen, daß eine gleichmäßige und direkte Übertragung des erforderlichen Verstellmomentes für die Gebläseschaufeln kaum gewährleistet werden kann.
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11.4.72 - 3 -
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, im Rahmen der vorstellenden Erörterung eine Vorrichtung zur Verstellung der Gebläselaufschaufeln eines in Mehrstrombauweise ausgeführten Turbinenstrahltriebwerkes dahingehend zu verbessern, daß auf relativ unkomplizierte Weise eine direkte Übertragung der Verstellbewegung vom Antriebssystem auf die Gebläseschaufeln gewährleistet wird. Weiter soll eine gleichmäßige Übertragung des Verstellmomentes sowie eine einwandfreie Arretierung der Gebläseschaufeln in allen gewählten Endstellungen möglich sein. Weiter soll bei der Vorrichtung das Antriebssystem und der Verstellmechanismus raumsparend ausgeführt sein.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung hauptsächlich, vor, daß das Antriebssystem und der Verstellmechanismus der Gebläseschaufeln im wesentlichen innerhalb eines Ringraumes zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal des Strahltriebwerkes angeordnet ist.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft weiter erläutert, und zwar anhand der oberen Hälfte eines entlang der Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellten Frontabschnittes eines Turbinenstrahltriebwerkes.
Das zum Strahltriebwerk gehörige Axialgebläse 1 besteht im wesentlichen aus den verstellbaren Laufschaufeln 2 und diesen nachgeschalteten festen Leitschaufeln 3. Ein äußeres Mantelstromgehäuse 4 grenzt mit seiner Innenwand 5 den Sekundärkanal 6 bzw. Mantelstromgebläsekanal nach außen hin ab.
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Zur rotierbaren Einheit des Axialgebläses 1 gehört weiter - von links nach rechts - ein mit einem strömungsgünstig ausgebildeten Anströmprofil 7 versehener, ringförmiger Zentralkörper 8, ein Träger 9 für die verstellbaren Gebläselaufschaufel 2, der sich in Form eines Innenwandabschnittes 1o des Sekundärkanals 6 zwischen den Gebläselaufschaufeln 2 und den Fußplattformen 11 der Leitschaufeln 3 fortsetzt. Mit der rotierenden Einheit des Axialgebläses 1 sind weiter den Primärstromkanal 12 durchsetzende Stützschaufeln 13 verbunden, die ihrerseits über eine zentrale Triebwerksnabe 16 mit einer inneren Welle 17 des Strahltriebwerkes eine gemeinsame Einheit bilden. Innerhalb des Primärkanals 12 sind weiter diesen durchragende, u.a. als Abstützung fungierende Leitschaufeln 14 den Stützschaufeln 13 nachgeschaltet.
Den Leitschaufeln 14 sind weitere Verdichterlaufschaufeln 15 nachgeschaltet, die über eine Laufradscheibe 16 mit einem weiteren, die innere Welle 17 umschließenden Wellensystem 18 verbunden sind..
Zur rotierbar angeordneten Einheit des Axialgebläses 1 gehört weiter ein mit dieser verbundener, koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneter Ringkolben 2o, der innerhalb eines entsprechend angeordneten, ebenfalls zylindrischen Kolbenraumes 21 .axial verschiebbar geführt wird. Der Ringkolben 2o ist weiter von einem koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneten Mantelgehäuse 22 umgeben, dessen untere Wand 23 zur Führung des Ringkolbens 2o dient.
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Das Mantelgehäuse 22 bildet weiter zwischen einer oberen Führungswand 24 für den Ringkolben 2o sowie zwischen der dem Zylinderraum 21 abgewandten Seite des Ringkolbens 2o 'einen gesondert abgedichteten weiteren Zylinderraum 25.
Die untere Wand 23 des Eingkolbens 2o ist über einen ringförmigen Träger 26 mit Zahnstangen 27 verbunden, deren jeweilige Verzahnungen in zugeordnete Verzahnungen an den Schaufelhälsen 28 der veisteU-barin Nadellagern 29, 3o gelagerten Gebläseschaufeln 2 eingreifen.' An die Zahnstangen 27 angesetzte Verlängerungen ~y\ sind bei der Verstellbewegung der Gebläseschaufeln 2 über kugelgelagerte Rollen 32 hinweg verschiebbar.
Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß alle wesentlichen Elemente des Verstellsystems der Gebläseschaufeln 2 innerhalb des Ringraumes 33 zwischen dem Primärkanal 12 und dem Sekundärkanal 6 angeordnet sind«
Innerhalb dieses Ringraumes 33 ist weiter ein stationäres Drei-Wege-Steuerventil 34- angeordnet, welches mittels Verdichterluft von einem in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Trieb-
werksverdichter beaufschlagbar ist. Von diesem Drei-Wege-Steuerventil 34- führen zwei gemeinsam oder unabhängig voneinander mittels Verdichterluft beaufschlagbare Zuleitungen 35, 36 zu Kammern 37, 38, welche ihrerseits über die festen Leitschaufeln 14-durchsetzende Kanäle 39, 4o mit voneinander gesonderten Kammern
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41, 42 eines Luftverteilersystems. 43 verbunden sind. Von den Kammern 41v 42 aus strömt die Verdienterluft dann weiter in Richtung der Pfeile G, H in Ringkammern 46, 47 eines dem Wellensystem 17 benachbarten, koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneten Hilfskolbens 48.
Der Hilfskolben 48 wird auf diese Weise nach links verschoben. Dabei greift eine Zahnstange 49 dieses Hilfskolbens 48 in eine zugeordnete Verzahnung 5o eines Winkelhebels 51 ein. Durch weiteren Zahneingriff 52 dieses Winkelhebels 51 in eine Muffe 53 wird ein federbelasteter Stößel 54 aus einer Nut 55 der Zahnstange 27 heraus nach unten verschoben und damit die Verstellbewegung der Gebläseschaufel 2 durch den Ringkolben 2o freigegeben.
Jeweils nach der Anzahl der Stützschaufeln 13 kann eine Mehrzahl solcher lösbarer Arretiervorrichtungen vorgesehen sein.
Erst, wenn der Hilfskolben 48 ganz nach links verschoben worden ist, und damit die jeweiligen Arretierungen der Gebläseschaufeln gelöst sind, gibt die Kolbennase 48' den Weg für die Verdichterluftströmung von der Ringkammer 47 in eine Rohrleitung 56 frei. Über diese gelangt die Verdichterluft in eine weitere Ringkammer 57 und vor dort über eine die Stützschaufeln 13 durchragende Bohrung 58 in eine Kammer 59? welche mit einer Luftzufuhrleitung 6o korrespondiert. Hierauf wird der Zylinderraum 25 mit Ver-
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-?- 221887«
dicht er luft "beaufschlagt und der Ringkolben 2o- für die Verstellung der Gebläseschaufeln 2 nach links verschoben.
Nach beendetem VerstellVorgang der Gebläseschaufeln 2 wird der Hilfskolben 48 von dem über das Drei-Wege-Ventil 34 zugeführten Steuerdruck entlastet, wodurch der Hilfskolben 48 durch eine Bewegung, (verursacht durch Federkraft und Fliehkraft der Stößel) nach rechts, die Stößel 54- in weitere den Zahnstangen 27 zugehörige Nuten 61 einrasten läßt, um die Gebläseschaufeln 2 in- der neuen Stellung zu arretieren.
Die während der geschilderten Verstellbewegung der Gebläseschaufeln 2 vom Eingkolben 2o aus dem Zylinderraum 21 verdrängte Luft kann über die Luftleitung 62, die Ringkammer 63, eine weitere die Stützschaufel 13 durchragende Bohrung 64 in eine Kammer 65 des Luftverteilersystems 43 einströmen und vor dort über Bohrungen 66 zur Kammer 46 des Hilfskolbens 48 strömen und in umgekehrter Richtung des Pfeiles G das Luftverteilersystem 43 über Bohrung 39 in der Leitschaufel 14 verlassen.
Aufgrund der beschriebenen Wirkungsweise und Anordnung kann aber, solange die Gebläseschaufeln 2 mit Hilfe der Stellglieder ^A-in der einen oder anderen Endstellung, z.B. Brems- oder Reiseflugstellung, verriegelt sind, der Ringkolben 2o nicht mittels Verdichterluft beaufschlagt werden.
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Zweckmäßig kann weiter sein, die Steuerung des Ringkolbens 2o mit der Betätigung des Drei-Wege-Steuerventils 34 funktionell voneinander abhängig zu machen, und zwar so, daß nach Erreichen einer vorgegebenen axialen Verschi-ebestrecke des Ringkolbens 2o und eines dazu proportionalen Staffelungswinkels der Gebläseschaufeln 2 der Hilfskolben 48 automatisch, z.B. zum Wiederverriegeln der Gebläseschaufeln 2, rückgeführt wird.
Hierzu ragen aus dem Mantelgehäuse 22 mit dem Ringkolben 2o verbundene und gleichsam im Betrieb des Axialgebläses bzw. des Strahltriebwerkes mit diesem mitrotierende Eisenkerne 68 heraus, die zwischen zwei gegeneinander geschalteten Sekundärwicklungen 69, ?o eines Differentialtransformators hin- und herbewegbar sind, so daß zwischen den Sekundärwicklungen Spannung induziert werden, die sich je nach Stellung der Eisenkerne 68 mehr oder weniger aufheben.
Hat also z.B. der Ringkolben 2 eine bestimmte Endstellung im Interesse eines neuen Staffelungswinkels der Gebläseschaufeln 2 erreicht, so kann durch einen hierdurch hervorgerufenen Spannungsabfall erzeugtes elektrisches Signal über ein Rückführungsglied das Drei-Wege-Ventil 34 z.B. zu einer Rücknahme des auf dem Hilfskolben 48 aufgebrachten Luftdruckes veranlaßt werden.
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Claims (8)

  1. (17s)Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln eines in Mehrstrombauweise ausgeführten Turbinenstrahl triebwerken, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystem und der V.er— Stellmechanismus der Gebläseschaufeln (2) im wesentlichen innerhalb eines Ringraumes (33) zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal des Strahltriebwerkes angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstellmechanismus ein mittels Verdichterruft beaufschlagbarer, koaxial zur Triebwerkslängsachse angeordneter Ringkolben (2o) zugehörig ist. ... ,
  3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,-dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (2o) mit innerhalb des Ringraumes (33) in axialer Richtung verschiebbaren Zahnstangen (27) verbunden ist, welche in zugeordnete Verzahnungen der Gebläseschaufeln (2) eingreifen.
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    -f- 221887A
  4. 4·. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseschaufeln (2) mittels durch die jeweiligen Hohlräume den Primärstromkanal (12) durchsetzender Stützschaufeln (15; hindurchgeführter, federbelasteter Stößel (5^0 arretierbar sind, welche in mit Abstand zueinander angeordnete Nuten (55, 6") der Zahnstangen einführbar sind.
  5. 5- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangen (27) über einen ringförmigen, koaxial zur Triebwerkslängsachse (19) angeordneten Zahnstangenträger (26) mit dem Hingkolben (2o) verbunden sind.
  6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdichterluftbeaufschlagung des Hingkolbens (2o) erst dann erfolgt, nachdem zuvor ein dem Wellensystem (17) benachbarter, mittels Verdichterluft beaufschlagbarer Hilfskolben (48) durch axiale Verschiebung die Arretierung der Gebläselaufschaufeln (2) außer Eingriff gebracht hat.
  7. 7- Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichterluftbeaufschlagung des Ringkolbens (2o) über ein dem Wellensystem (17) benachbartes Luftverteilersystem (43) und vor dort über die Stützschaufeln (13) durchsetzende Kanäle und dann über zugeordnete Leistungen (6o, 62) innerhalb des Ringraumes (33) erfolgt.
    3 O 9 8 A 3 / O 2 4 1
  8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (2o) mit Eisenkernen (68) verbunden ist, durchweiche j"e nach der relativen Lage dieses Ringkolbens bzw. der Gebläseschaufeln infolge induktiven Spannsabgriffes zwischen benachbarten Stromspulen (69, 7o) Signale für die Betätigung der Drei-Wege-Steuerventils (34·) erzeugbar sind.
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    11.4.1972
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