DE2218874B2

DE2218874B2 - Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln eines Turbinenstrahltriebwerks

Info

Publication number: DE2218874B2
Application number: DE2218874A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8061 Hebertshausen Pollert
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1978-09-21
Also published as: FR2181021B1; DE2218874A1; DE2218874C3; USB353387I5; FR2181021A1; US3924404A; GB1420679A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln einer Axialgebläseeinheit eines Turbinenstrahltriebwerks in Mehrstrombauweise, bei welcher die in einem äußeren Sekundärkanal des Triebwerks fördernden Gebläseschaufeln am äußeren Umfang eines koaxial zur Triebwerkslängsachse angeordneten, ringförmigen Tragkörpers schwenkbar angeordnet sind, worin zum Teil der Schaufelver-

Stellmechanismus einschließlich mindestens eines mit diesem gekoppelten Antriebsübertragungsgliedes enthalten sind, wobei die Axialgebläseeinheit weiter mit in der gemeinsamen Radialebene der Gebläseschaufeln liegenden Stützschaufeln versehen ist, die einen zwischen der inneren Umfangsfläche des ringförmigen Tragkörpers und einem rotationssymmetrisch zur Triebwerkslängsachse angeordneten Triebwerksnabenkörper liegenden Ringabschnitt eines Primärstromkanals des Triebwerks durchsetzen.

Bei dieser aus der FR-PS 20 46 297 bekannten Vorrichtung soll die Verstellung der Gebläseschaufeln anhand eines in den Triebwerksnabenkörper der Grundtriebwerkseinheit integrierten Planetenrädergetriebes erfolgen, von dem aus mindestens eine Steckwelle, welche durch den Primärkanal der Grundtriebwerkseinheit hindurchgeführt ist, die Verstellbewegung des Planetenrädergetriebes über weitere innerhalb des zwischen Primär- und Sekundärkanal liegenden ringförmigen Tragkörpers angeordnete Zahnrädergetriebe auf die Gebläseschaufeln überträgt

Neben der Kompliziertheit der bekannten Vorrichtung infolge der Ausbildung des Verstellgetriebes als Planetenrädergetriebe sowie infolge der verhältnismäßig großen Anzahl zu verwendender Zwischengetriebe zwischen den verstellbaren Gebläseschaufeln wird der wesentliche Nachteil der bekannten Vorrichtung darin gesehen, daß eine gleichmäßige und direkte Übertragung des erforderlichen Verstellmomentes für die

Gebläseschaufeln kaum gewährleistet werden kann.

Die bei der bekannten Vorrichtung mit der verhältnismäßig großen Anzahl von Zwischengetrieben zwangsläufig einhergehende Vergrößerung des Zahnspiels dürfte sich nicht gerade günstig auf die Ver.itellgenauigkeit auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung gegenüber Bekanntem hinsichtlich einer verhältnismäßig einfachen und direkten Übertragung des Verstellmomentes auf die Gebläseschaufeln zu verbessern.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung der gestellten Aufgabe bei einer eingangs genannten Vorrichtung darin, daß der ringförmige Tragkörper zwischen dem Primär- und dem Sckundärkanal einen koaxial zur Triebwerkslängsachse angeordneten, mittels vom Triebwerk entnommener Verdichterluft beaufschlagbaren Ringkolben aufweist, der mit innerhalb des Tragkörpers in axialer Richtung verschiebbaren Zahnstangen verbunden ist, welche in zugeordneten Verzahnungen an den Schaufelhälsen der Gebläseschaufeln eingreifen.

Neben der verhältnismäßig einfachen und direkten Übertragung des Schaufelverstellmomentes vom Antriebssystem auf die Gebläseschaufeln wird ein weiterer Vorteil der angegebenen Lösung in der infolge der Ringkolbenanordnung und -ausbildung gleichmäßigen Übertragungsmöglichkeit des Verstellmoments auf sämtliche Gebläseschaufeln zwecks deren genauer synchroner Verstellung gesehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielhaft weiter erläutert, und zwar anhand der oberen Hälfte eines entlang der Mittellängsachse aufgeschnitten dargestellten Frontabschnitts eines Turbinenstrahltriebwerks in Zweistrom-Bauweise.

Hierbei besteht die zum Turbinenstrahltriebwerk gehörige Axialgebläseeinheit 1 im wesentlichen aus verstellbaren Gebläseschaufeln 2 und diesen nachgeschalteten festen Leitschaufeln 3. Ein äußeres Mantelstromgehäuse 4 grenzt mit seiner Innenwand 5 den äußeren Sekundärkanal 6 des Triebwerks nach außen hinab.

Zur Axialgebläseeinheit 1 gehört weiter — von links nach rechts gesehen — ein mit einem strömungsgünstig ausgebildeten Anströmprofil 7 versehener, ringförmiger Tragkörper 8, der mit einem Träger 9 für die verstellbaren Gebläselaufschaufeln 2 ausgerüstet ist und sich mit einem Innenwandabschnitt 10 für den Sekundärkanal 6 zwischen den Gebläselaufschaufeln 2 und den Fußplattformen 11 der Leitschaufeln 3 fortsetzt. Die Axialgebläseeinheit 1 ist weiter mit den Primärstromkanal 12 durchsetzenden, in der gemeinsamen Radialebene der Gebläseschaufeln 2 liegenden Stützschaufeln 13 verbunden, die über einen rotationssymmetrisch zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneten Triebwerksnabenkörper 16 mit einer Antriebswelle 17 des Turbinenstrahltriebwerks verbunden sind. Innerhalb des Primärstromkanals 12 sind weiter diesen durchragende Leitschaufeln 14 den Stützschaufeln 13 nachgeschaltet

Den Leitschaufeln 14 sind weitere Verdichterluftschaufeln 15 nachgeschaltet, die über eine Laufradscheibe 16' mit einem weiteren, die Antriebswelle 17 umschließenden Wellensystem 18 verbunden sind.

Der zwischen dem Primärstromkanal 12 und dem Sekundärkanal 6 liegende ringförmige Tragkörper 8 der Axialgebläseeinheit 1 weist ferner einen mittels vom Triebwerk entnommener Verdichterluft beaufschlagbaren, koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneten Ringkolben 20 auf, der innerhalb eines mit dem ringförmigen Tragkörper 8 verbundenen Mantelgehäuse 22 axial verschiebbar geführt ist, in welchem mittels einer oberen Führungswand 24 sowie mittels des Ringkolbens 20 zwei voneinander getrennte, wechselweise mit Verdichterluft beaufschlagbare Räume 21, 25 gebildet sind.

Der koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordnete Zahnstangenträger 26 ist mit Zahnstangen 27 verbunden, deren jeweilige Verzahnungen in zugeordnete Verzahnungen an den Schaufelhälsen 28 der verstellbar in Nadellagern 29, 30 gelagerten Gebläseschaufeln 2 eingreifen. An die Zahnstangen 27 angesetzte Verlängerungsbauteile 31 sind während der Verstellbewegung der Gebläseschaufeln 2 entlang kugelgelagerter Rollen 32 verfahrbar.

Stromab des ringförmigen Tragkörpers 8 — zwischen dem Primärstromkanal 12 und dem Sekundärkanal 6 — ist weiter ein stationäres Drei-Wege-Steuerventil 34 angeordnet, welches mittels Verdichterluft eines in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Triebwerksverdichters 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 durch die Leitschaufeln 14 hindurchgeführte Zuleitungen 39, 40 mit voneinander gesonderten Kammern 41, 42 eines Luftverteilersystems 43 verbunden sind. Von dem Kammern 41, 42 aus kann bei entsprechender Stellung des Drei-Wege-Steuerventils 34 die Verdichterluft dann weiter in Richtung der Pfeile G, H zugeordnete Ringkammern 46, 47 eines der Antriebswelle 17 der Axialgebläseeinheit 1 benachbarten, koaxial zur Triebwerkslängsachse 19 angeordneten sowie in den Triebwerksnabenkörper 16 integrierten Hilfskolben 48 einströmen.

Der Hilfskolben 48 wird auf diese Weise nach links verschoben. Dabei greift eine Zahnstange 49 dieses Hilfskolbens 48 in eine zugeorndete Verzahnung 50 eines Winkelhebels 51 ein. Durch weiteren Zahneingriff 52 dieses Winkelhebels 51 in eine Muffe 53 kann bei entsprechend weiterer Verschiebung des Hilfskolbens 48 nach links ein mit dieser Muffe 53 verbundener federbelasteter Stößel 54 aus einer Nut 55 der Zahnstange 27 heraus nach unten verschoben und erst hierdurch die Verstellmöglichkeit der Gebläseschaufel 2 durch den Ringkolben 20 freigegeben werden.

Jeweils nach der Anzahl der Gebläseschaufeln 2 cann eine Mehrzahl solcher lösbarer Arretiervorrichtungen vorgesehen sein.

Bei auf die beschriebene Weise jeweils gelösten Arretierungen der Gebläseschaufeln 2 gibt die rechte Kolbennase des Hilfskolbens 48 den Weg für die Verdichterluftströmung von der Ringkammer 47 aus in eine Rohrleitung 56 frei. Über diese gelangt die Verdichterluft in eine weitere Ringkammer 57 und von dort über eine die Stützschaufeln 13 durchragende Bohrung 58 in eine Kammer 59, welche mit einer, 60, der beiden voneinander getrennten Luftleitungen 60, 62 korrespondiert, die für die wechselweise Zu- und Abführung der Verdichterluft in bzw. aus einem der beiden Räume 21 bzw. 25 am Ringkolben 20 vorgesehen sind. Hierauf wird der Raum 25 mit Verdichterluft beaufschlagt und der Ringkolben 20 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-Steuerventil 34 zugeführten Steuerdruck entlastet, wodurch der Hilfskolben 48 als Ursache der Federkraft und Fliehkraft der Stößel 54 nach rechts verschoben wird und hierbei die Stößel 54 in weitere den Zahnstangen 27 zugehörige und gegenüber den Nuten 55 axial beabstandete Nuten 61 einrasten läßt, um die Gebläseschaufeln 2 in der neuen Stellung zu arretieren.

Die während der geschilderten Verstellbewegung der Gebläseschaufeln 2 vom Ringkolben 20 aus dem Raum 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 von dort — zufolge der in diesem Stadium ganz nach links verschobenen Endstellung des Hilfskolbens 48 — über Bohrungen 66 zur Ringkammer 46 des Hilfskolbens 48 strömen, um dann entgegen der durch den Pfeil G aufgezeigten Strömungsrichtung das Luftverteilersystem 43 über die Zuleitungen 39 in den Leitschaufeln 14 zu verlassen.

Solange also die Gebläseschaufeln 2 mit Hilfe der Stößel 54 in der einen oder anderen Endstellung, ζ. Β Brems- oder Reiseflugstellung, verriegelt sind, kann dei Ringkolben 20 nicht mittels Verdichterluft beaufschlagt werden.

Wie weiter aus der Zeichnung ersichtlich ist, rager aus dem Mantelgehäuse 22 mit dem Ringkolben 2C verbundene, im Betrieb der Axialgebläseeinheit 1 mil diesem mitrotierende Eisenkerne 68 heraus, die zwischen zwei gegeneinander geschalteten Sekundärwicklungen 69, 70 eines Differentialtransformators hin- und herbewegbar sind, so daß zwischen den Sekundärwicklungen 69, 70 Spannung induziert werden, die sich je nach Stellung der Eisenkerne 68 mehr oder wenigei aufheben.

Hat also z. B. der Ringkolben 20 eine bestimmte Endstellung im Interesse eines neuen Staffelungwinkels der Gebläseschaufeln 2 erreicht, so kann ein durch der hierdurch hervorgerufenen Spannungsabfall erzeugtes elektrisches Signal über ein Rückführungsglied das Drei-Wege-Steuerventil 34 z. B. zu einer Rücknahme des auf dem Hilfskolben 48 aufgebrachten Luftdruckes veranlassen, wodurch der Hilfskolben 48 automatisch z. B. zwecks Wiederverriegelung Gebläseschaufeln 2 in seine Ausgangslage gebracht werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zur Verstellung der Gebläseschaufeln einer Axialgebläseeinheit eines Turbinenstrahltriebwerks in Mehrstrombauweise, bei welcher die in einen äußeren Sekundärkanal des Triebwerks fördernden Gebläseschaufeln am äußeren Umfang eines koaxial zur Triebwerkslängsachse angeordneten, ringförmigen Tragkörpers schwenkbar angeordnet sind, worin zum Teil der Schaufelverstellmechanismus einschließlich mindestens eines mit diesem gekoppelten Antriebsübertragungsgliedes enthalten sind, wobei die Axialgebläseeinheit weiter mit in der gemeinsamen Radialebene der Gebläseschaufeln liegenden Stützschaufeln versehen ist, die eine zwischen der inneren Umfangsfläche des ringförmigen Tragkörpers und einem rotationssymmetrisch zur Triebwerkslängsachse angeordneten Triebwerksnabenkörper liegenden Ringabschnitt eines Primärstromkanals des Triebwerks durchsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Tragkörper (8) zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal (12) bzw. (6) einen koaxial zur Triebwerkslängsachse (19) angeordneten, mittels vom Triebwerk entnommener Verdichterluft beaufschlagbaren Ringkolben (20) aufweist, der mit innerhalb des Tragkörpers (8) in axialer Richtung verschiebbaren Zahnstangen (27) verbunden ist, welche in zugeorndete Verzahnungen an den Schaufelhälsen (28) der Gebläseschaufeln (2) eingreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstangen (27) über einen ringförmigen, koaxial zur Triebwerkslängsachse (19) angeordneten Zahnstangenträger (26) mit dem Ringkolben (20) verbunden und ferner mittels an diese angesetzten Verlängerungsbauteile (31) entlang kugelgelagerter Rollen (32) verfahrbar sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20) innerhalb eines mit dem ringförmigen Tragkörper (8) verbundenen Mantelgehäuses (22) axial verschiebbar geführt ist, in dem mittels einer oberen Führungswand (24) und des Ringkolbens (20) zwei voneinander getrennte Räume (21,25) gebildet sind, die mit voneinander getrennten Luftleitungen (60, 62) für die wechselweise Zu· und Abführung der Verdichterluft in bzw. aus einem der beiden Räume (21,25) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseschaufeln (2) mittels federbelasteter Stößel (54) arretierbar sind, welche in mit Abstand zueinander angeordnete Nuten (55,61) der Zahnstangen einführbar sind und ferner durch die jeweiligen Hohlräume der Stützschaufeln (13) im Primärkanal (12) hindurchgeführt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verdichterluftbeaufschlagung des Ringkolbens (20) erst dann erfolgt, nachdem zuvor ein innerhalb des Triebwerksnabenkörpers (16) sowie in Nachbarschaft der Antriebswelle (17) der Axialgebläseeinheit (1) angeordneter, mittels Verdichterluft beaufschlagbarer Hilfskolben (48) durch axiale Verschiebung die Arretierung der Gebläseschaufeln (2) außer Eingriff gebracht hat

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des ringförmi-

gen Tragkörpers (8) — zwischen dem Primär- und dem Sekundärkanal (12) bzw. (6) — ein mittels der vom Triebwerksverdichter entnommenen Verdichterluft beaufschlagbares Drei-Wege-Steuerventil (34) angeordnet ist, welches über Zuleitungen (39, 40), die durch feste, den Primärkanal (12) durchragende Leitschaufeln (14) hindurchgeführt sind, an eiii der Antriebswelle (17) der Axialgebläseeinheit (1) benachbartes sowie teilweise in den Triebwerksnabenkörper (16) integriertes Luftverteilersystem (43) angeschlossen sind, über welches der Hilfskolben (48) beaufschlagbar ist, welcher die Zufuhr der Verdichterluft aus dem Luftverteilersystem (43) zum Ringkolben (20) steuert

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch voneinander getrennte, die Stutzschaufeln (13) durchragende Bohrungen (58, 64), welche das Luftverteilersystem (43) mit den Luftleitungen (60,62) verbinden.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (20) mit Eisenkernen (68) verbunden ist, durch welche je nach der relativen Lage dieses Ringkolbens bzw. der Gebläseschaufeln infolge induktiven Spannabgriffes zwischen benachbarten Stromspulen (69,70) Signale für die Betätigung des Drei-Wege-Steuerventils (34) erzeugbar sind.