DE2444113A1 - Abzapfventil mit veraenderlicher oeffnung fuer strahltriebwerke - Google Patents

Abzapfventil mit veraenderlicher oeffnung fuer strahltriebwerke

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    • F04D27/02—Surge control
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Description

Die Erfindung le zieht sich auf ein Absapfvantj.l rait veränderlicher Oeffnang für Strahltriebwerke. In strahlgetriebenen FlugK^ucpn wird üblicherweise Luft vom Triebwerk^verdichter abq^capft, ve* IcLo dann als Luftqualle für Zusatzgeräte, wie e.Bc Starter, pr^^üic.trinchfi Ventile oder dergleichen dient.
Bs ist "bekannt, dass die Verdichterabzapf leitung der4 S ti' ah I tr W b~ v;f'.rkes immar ein Ventil oder ein Venturi aufweist, um das Ti.*iebv/erTr gegen ein zu starkes Abzapfen der Luft zu schützen. Falls diese Osffnnng richtig dimensioniert ist, um das Triebwerk während dem Betrieb mit hoher Leistung su schützen, so ist sie zu klein für den Betrieb mit kleiner Leistung und verringert den für luftgetriebsne Zusatzgeräte zur Verfugung stehenden Luftdruck. Dementsprechend kann ein einziges Abzapf ventil die zwei gegeneinander gerichteten Forderungen , d.h. Zuführung eines ausreichenden Luftdruckes für luft getriebene Zusatzgeräte bei kleiner Triebwerks leistung und " Schützen des Triebwerkes gegen ein zu starkes Abzapfen bei hoher Leistung, nicht erfüllen. Die Triebwarkcher&teller verwenden eine grössere Abzapf öffnung als zulässig ist falls die Strömung durch Drosselung geregelt wird. Sie sind dabei abhängig von dem Flugzeughersteiler und müssen Steuervorrichtungen for die Lufströmung schaffen, so dass die Abzapf ventile während dem Batrieb mit hoher Leistung nicht gedrosselt sind. Der Fehler dieser Lösung liegt darin, dass
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ein1:; vencntlicho Grotto, ν.τ: Xcha die Lobaniacian^r des Tr iebv/erhe?i und eiern Schub bao inf luisst nicht vom Tr iebWsrkPhersteller abhang ic,' ist. In vielen Füllen bedingt der normale Bstrieb clftr Sun-^t?- ger&'ti-- ein über ν-if':: igen Abzapfen drr Ve rd ich tor luft c Tn anderen Fällen entsteht; ein ifboj λ-.."0 3 üjes Abzapfen durch einen schleich te η Ee tr leb der S to ue r vorr ich Lung«
Falls man z.B. in einem durch ein Turbinsntriebwark angetriebsnan Hubschrauber von der letzten Verdichterstufe Luft für eine Klimaanlage abzapft, so ist es ha sonde rs ν icht:ig, dass die Abzapf c'ffnung begrenzt ist, so das η die Triebwerks Iu. <: L im Falle einer Störung nicht ü?oer massig abgezapft wirr]. Falls demsntspreehend in der Klimaanlage l»i vollständig geöffnetem AbKapfventil ein Fehler auftritt, wie 2.B. eine geplatzte leitung, so tritt eine Schub« abnähme und/oder eine zu hohe Temperatur in ctem Triebwerk auf und dies ist in einem Flugzeug nicht zulässig. Ε« sind zur Zeit k'sins Abzapf ventile bekannt, v^elchs eine ausreichende Strömung in e inem Hubschrauber sowohl für den Betrieb rait kleiner als auch mit grosser Leistung ermöcjlichen und welche ausreichend Ixitriebssicher sind, dass eine Störung die Triebwerks leistung nicht nachteilig beeinflusst,
Die Erfindung schafft ein doppeltes oder veränderliches Abzapfventil für ein Turbine η triebwerk. Das veränderliche Abzapfventil hat die erforderliche Betriebssicherheit dam.„t, im Falle einer Störung, die verminderung der Luftströmung durch das Triebwerk keine unzulässige Schubabnahrca und keine zu hohe Temperatur im Triebwerk bewirkt. Entsprechend einem Äusf ührungsbe ispiel der Erfindung wird ein Drosselklappanventil verwendet dessen Ve nt ilk la pps um ein bestimmtes Mass hinterschnitten ist, so dass der Hinterschnitt eine kleine Abzapf fläche bildet falls das Ventil in der geschlossenen Stellung ist und wobei die grouse Abzapf fläche vorliegt falls das Ventil in der vollständig geöffneten Stellung ist, welche sowohl für den Betrieb des Triebwerkes mit grosser als auch mit kleiner Leistung erwünscht ist. Es ist selbstverständlich, dass Zwischenstellungen des Ventiles andere Oeffnungsflächeη ergeben. Entsprechend dieser Erfindung ist ebenfalls in einem Flugzeug für kleine Flughöhen eine Vorrichtung vorgesehen ?;um Oeffnen des Abzapfventiles falls der Druck der Abzapf luft einen vor best imm-
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ten, gemessenen Wert übersteigt und hei Flugzeugen für grouse Flughöhen arbeitet die Verrichtung zum Oeffrr-n des Abz&pfventi ies in Abhängigkeit der Stellung üos Τ_.«1:.3γ.ογι'_;-,!ϊοΙ^:!.π , d-„;:c Triebwerksdrehzahl, der Temperatur der Abzapf luft oder des Triebwerksdri-ck-Verhältnisses.
Die Erfindung schafft ein verbessertes VeroichterabzapCvent.il für ein Turbinentriebwerk.
Desweiteren schafft die Erfindung ein einziges veränderliches Abzapfventil für ein Turbine η tr iebwerk, welches eine kleine Oeffnungsfläche für den Betrieb mit hoher Leistung und eine grosse Oeffnungsfläche für den Betrieb mit kleiner Leistung hat.
Ausserdem schafft die Erfindung in Kombination ein einziges, veränderliches Verdichter abzapf ventil für ein Turbine η triebwerk wobei die Ventilklappa die kleine Oeffnungsflächo bildet und die grocse Oeffnungs fläche durch da£ Gehäuse des VentiLvs gebildet ist, welches eine angefornite Venturidüse aufweisen kann.
Schliesslich schafft die vorliegende Erfindung ein einziges, doppeltes Abzapfventil , welches sowohl eine kleine als auch eine g>:osse Oeff nungsf lache hat, sich durch ihre hohe Betriebssicherheit auszeichnet, und sich im Falle einer Störung automatisch in die Stellung mit kleiner Oeffnungs fläche bewegt.
Ausführungsb^ispiels der Erfindung sind in dem Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden ausführlicher beschrieben, es zeigen:
Figur 1 eine teilweise schematische Ansicht im Schnitt zur Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung»
Figur 2 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Figur 3 eine Schnittansicht eines weiteren abgeänderten Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt worin ein doppeltes Abzapfventil an einem Turbinentriebwerk verwendet wird, welches insgesamt mit 10 bezeichnet ist, und zum Antrieb eines Flugzeuges entweder durch S chute atw ick lung oder durch Antrieb einer Last, wie z.B, eines Hubschrauberrotors,
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verwendet wird. Es sei hier lediglich erwähnt, dass das Trielr.-.v:rJ: einen Verdichter aufweist , von dom in übl ichsr We ioe verdichtete Luft abgosctpft wird, welche als Druckluftqvol.Ie für pneumatische Zusatzgeräte, für el ie Klimaanlage oder dergleichen dient. Das doppelte oder veränderliche AbKapf ventil, insgesamt mit 12 Lese lehnst, ist in Verbindung rait dem. Verdichter 14 fies TurbinentricL-werkes über die Leitung 16. Das veränderliche Abzapfventil 12 ist grundsätzlich ein unabhängiges Gerät, welches an die Leitung 16 durch die Flansche 18 und 20 der Leitung 16 bzw. des Ventile.« 12 befestigt ist, welche Flansche mittels Schrnubfin und Bolzen 22 odar anderen geeigneten Befestigungsmittel miteinander verbunden, sind.
In diesem Ausführungsbeispiel dient ein Drosselklappenventil mit einer Ventilklappe 28, welche an einer WeI.Ie 30 te fest igt ist, zum Vergrösöern der Ventilöffnungsfläche 12 zwischen einer vollständig geschlossenen und einer vollständig geöffneten Stellung. Die Ventilklappa ist hinterschnitten, so dass diese Klappe inbeaug auf das Ventilgehäuse 32 in der vollständig geschlossenen Stellung einen Spalt bildet, welcher die kleine Oeffnungsfläche darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die stromabwärts weisende Hälfte der Klappe hinterschnitten, so dass die stromaufwärts weisende Half te eine grössere Fläche als die stromaufwärts weisende Fläche aufweist. Dadurch erreicht man dass die Platte durch die aerodynamische Belastung selbsttätig geschlossen wird, falls z.B. ein Bruch in dem Betätigungsgestänge auftreten sollte.
Eine flache Venturidüse kann verwendet werden und in dem Ventilgehäuse 32 vorgesehen sein. Da die Venturidüse an dem Ventilgehäuse angeformt ist können beide Stücke ale einziges Bauteil ausgewechselt werden. Dies hat den Vorteil, dass keine weitere Verbindung erforderlich ist. Der Vorteil eine>- flachen Venturidüse, wie dargestellt, liegt darin, dass sie die gesamte Länge des einzigen Venturihälses bei gleicher oder besserer Wirkungsweise verkürzt sowie leichter und billiger ist.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass, falls die Klappe 28 des Ventiles in einer geschlossenen Stellung ist, der Spalt zwischen dem Ventilgehäuse und dem äusseren Umfang der Ventilklappe
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die kleine Absαpffläche bile« I:, und dnsr fei vollständig qecifn^tor Ventilplatte die Venturidüse 34 die grosss Oof£rmngsflache b:üc!ot.
Dar Betätigar, insgesamt mit 36 brr:cichnetf ist am Ventilgehäuse befestigt und wirkt suSüKircen mit eier Steuervorrichtung 38. Die"3 Anordnung vermeidet zusätzliche Verbindungen wodurch lecke nr'e Abdichtungers eder Leitungsbrüche vermieden werden, welche den Betrieb beeinflussen können. Diese kombinier ta" Steuer- und Betätigungsvorrichtung ist nur als Beispiel einer einfachen Steuervorrichtung dargestellt, weiche in diesem Falle ein Druckverhältnissignal (Triebwerksdruck zum Umgebungsdruck) bereitstellt zur Einstellung des Ruckschlagventil.es 42 inbesug auf die Düse 44. Vom Triebwerk abgezapfte Druckluft gelangt in die Kammer 46 durch die Bohrung 56 und die Dosieröffnung 58. (Die Jiufgabe der Dosieröffnung 58 kann auch durch ein normales Lecken um den Kolben 50 ersetzt werden, jedoch erhält man mit der Dosieröffnung 58 ^ina genauere Steuerung). Dar Druck in der Kammer 46 drückt die Platte 42 in Offenstellung da er auf einer Fläche entsprechend der Oeffnung 44 gegen die Platte 42 wirkt. Zur gleicher Zeit wird die Klappe 42 durch den atmosphärischen Druck, v?eIcher mit der Kammer 38 über die Oeffnung 54 in Verbindung ist. und gegen die Fläche des luftleeren Balgens 40 wirkt, in Schliess te llung gedrängt. Durch richtige Auswahl des Querschnittes der Oeffnung 44 und des Querschnittes des Balgens 40 kann die Klappe 42 derart ausgelegt werden, dass sie bei einem vorbestimmten Druckverhältnis zwischen der Kammer 46 und der Umgebung öffnet.
Dementsprechend belasten die Feder 48 und der Druck in dem Gehäuse 46 den Kolben 50 in Richtung zur Oeffnung des Ventiles. Hochdruckluft (von dem Triebwerk abgezapft), welche durch die Oeffnung 56 eintritt wirkt gegen den Kolben 50 und hat das Bestreben das Ventil 28 in Sch lies s te llung zu bewegen. Ein Hebel 52 dient zur Rotation der Welle 30 der Klappe 28 zum Oeffnen und Schliessen derselben. In diesem Ausführungsbaispiel wird das Ventil bei einem vorbestimmten Triebwerksdruckverhältnis geöffnet und geschlossen. Das Druckverhältnis ist ein wichtiger Parameter für die Leistungsabgabe des Triebwerkes. Dementsprechend dienen der Fühler und der Betätiger zum Schützen des Triebwerkes durch Einstellen eirer
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kleinen Oeffnungsfläche tei großer Triefcverksleistung und einer gronssn Oeffnungsflache beikleiner TriebwerksIeistung. Es ist. t; rs* ich ti ich, dass die Steuervorrichtung nach Figur 1 entsprechend der gewünschten Geinaui.gko.it durch den Leistungshebel, die Ver« dichterdrehzahl oder durch einen anderen Triebwerks parameter ersetzt werden kann.
Das Ausführungsbaispiel nach Figur 2 entspricht im wesentlichen ' demjenigen nach Figur 1, jedoch mit der Ausnahme dass die Venturidüse zur Vereinfachung des Gerätes nicht vorgesehen ist. Bai diesem Ausführungsbeispiel bildet der innere Durchmesser des Vc η ti 1-gehäuses den grossen Querschnitt der Absapföffnung. Der Kolben 50 ist an einer Seite dem atmosphärischen Druck ausgesetzt, welcher durch die Oeffnung 62 eintreten kann und der Druck der Abzapfluft gelangt durch den Kanal 66 in die Kammer 64. In diesem Ausfuhr ungsbe is pie 1 wird das Ventil in Abhängigkeit des Druckes der abgesapften Triebwerks luft geöffnet oder geschlossen.
In Figur 3 ist ein Beispiel einer anderen Bauart des Abzapfventiles dargestellt, welches die gleiche Aufgabe hat als das Di'osselklappenventil nach den Aus führ ungsbe is ρ ie le η der Figuren 1 un'? 2, d.h. die Schaffung von kleinen und grossen Abzapföffnöngen,mit der Ausnahme dass das Ventil als sogenanntes Rohrventil oder Hülse nve nt il ausgebildet ist. Das Ventilgehäuse 70 ist in geeigneter Weise, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 an die Abz^pfleitung angeschlossen. Das Gehäuse hat ein mittleres spinnenförmiges Tragstück 72 dessen mittlerer Teil 74 und ringförmiger Teil 76 das verschiebbare Ventilglied 78 tragen. Das verschiebbare Ventilglied 78, welches ringförmig ausgebildet ist, endet in der Nähe der inneren Wand 80 des Gehäuses 70 und wirkt als Dosieröffnung, wie die Klappe 28 nach Figur 1. Ein stopfenfßrmiges Glied 84 ist an dem mittleren Tragstück 74 befestigt oder, wie dargestellt, an demselben angeformt, es kann auch am Gehäuse 70 ausgebildet sein. Das stopfenftfrmige Glied 84 trägt einen Dichtungsring 86> zum Abdichten der Kammer 88 gegen den Druck stromabwärts des Ventiles. Das Glied 84 ist derart geformt, dass es zusammen mit der inneren Fläche des Gehäuses 70 eine Venturidüse bildet, die jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Eine Feder 90 ist in einer Kammer
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88 vorgesehen und drückt gegen eine Fläche d;:s festen Stopfens 84 und gegen das Ventiiglied 78 zum Oeffnen desselben. Diese Kiait sowie der atmosphärische Druck oder der Steuerdruck, welchar durch den Kanal 92 eintritt wirkt gegen den Druck ßor Abzapfluft, welche gegen die Fläche 94 wirkt und übsr die Bohrung 98 in die Kammer eintritt. D&r Steuerdruck, welcher durclicten Kanal 9?- eingeleitet wird kann der atmosphärische Druck oder ein beliebiger anderer Steuerdruck sein, welcher ausgewählt wurde zur Festlegung der. gewünschten Schaltpunktes vom kleinen Oeffnnngsquerschnitt auf den grossen Oeffnungsquerschnitt des Abzapfventiles. Ein Anschlag 100 verhindert, dass das Ventiiglied 78 vollständig schliessen kann, so da£«5 auf diese Weise der kleine Oefrnungsquerschnitt gebildet ist. Falls die Feder 90 brechen solltsvso bewegt der hohe Druck das Abzapfventil in die Stellung mit kleinem Oeffnungsquerschnitt.
Wie schon beschrieben wurde ist die Verwendung einer Venturidüse in Zusammenhang mit dem grossen Oeffnungsquerschnitt des Abzapf-.ventiles kein wesentliches Merkmal der Erfindung, obschon eins solche Venturdiüse ein wirksames Mittel zum Begrenzen der Strömung ist. Unter besonderen Umständen kann das Ablassventil selbst zur Begrenzung der Strömung dienen.
Durch die vorliegende Erfindung wurde ein einfaches, jedoch sehr betriebssicheres, billiges Mittel geschaffen womit man in einem Abzapfventil veränderliche Oeffnungsguerschnitte einstellen kann. Das e.rf indungsgemässe Abzapf ventil hat den Vorteil, dass man für ein bestimmtes Triebwerk einen grösseren Schub bei gleicher Lebensdauer erreichen kann als dies bisher üblich war. Falls mehrere Triebwerke vorhanden sind so wird die Ungleichförmigkeit der Abzapfung zwischen den einzelnen Triebverken im wesentlichen ausgeschaltet. Somit hat die Erfindung ohne Einschränkung folgende Vorte ile:
1. Vergrösserung des Triebwerksschubes (infolge der kleineren maximalen Abzapf strömung bei hoher Triebwerks Ie istung).
2» VergrCsserte Triebwerks lebensdauer (infolge der kleineren maximalen Triebwerks temper a tür bei hoher Triebwerks le is tung) .
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3. KIg in:.r,.3 Gewicht a'nr luf Lyatriebanen Zusatzgeräte und der Bauteile der Abzapf anlage (infolge des g.rösecren /tbzapfdrueke;" bei Leerlauf den Triebwarkcs) .
4. Gerinne?.! Einbauvolum?.n erforderlich am Triebwerk für A leitungen, Kühler und dorglc; ichen (sov/ohl infolge des grössf-r Abzapf druckes während dem 'Leerlauf als auch der kleineren Alxs strömung bei grosser Tricte-.-erksleistung).
5. Verbasserte Leistung und Kapazität der luftgetriobenen Zusatzgeräte 'beim Leerlauf, insbasondere der Kühlkapnxität ae Klimaanlage (infolge des grör<:;eren Abzapf druckes bsi kleiner TriebwerksIe istung) .
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Claims (9)

PAT E N T A W S P R UECHE .
1.y\biS(ip£anlcige für den Verdichter eines Turbinontricbv/arkes reit einer Absapfleitung zv/is ehe η dein Verdichter und einem in <>?:<: Leitung angeordneten Abzar-iventil dadurch gekonnize ich net:... das?· das Ventil in Offenstellung einen bestimmten grossen Oeffnungo querschnitt und in Schließstellung einen bestimmten kleineren Oaffnungsquerschnitt hyt.
2. Abzapf anlage n?sch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der grosse Oeffnungaquerschnitt durch eine Venturidüse gebildet ist.
3« Abzapfaiilage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Venturidüse mehrere nach innen ragende schauteIförmige Glieder, auf v/eist, die am Umfang der Abzapf leitung in Abstand voneinander angeordnet sind.
4. Abzapf anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass e.-ine in Abhängigkeit der vom Turbinentriebwerk abgegebenen Leistung arbeitende Stellvorrichtung an das Ventil angeschlossen ist.
5. Abzapf anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzapfventil ein Ventilgehäuse mit einer mittleren Bohrung aufweist, und dass der Durchmesser der Bohrung den grossen Abzapfquerschnitt bildet.
6. Abzapf anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Absapfventil eine Ventilklappe aufweist, welche zwischen einer inbezug auf die Ventilbohrung quer verlaufenden Ebene und einer inbezug auf diese lä'ngsver laufende η Ebene verstellbar ist und dass die Ventilklappe inbezug auf den Durchmesser der Bohrung zur Bildung eines Spaltes zwischen der Klappe und der Bohrung hinterschnitten ist.
7. Abzapfanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärts weisende Seite der Ventilplatta grosser ist als di/s stromabwärts liegende Seite dieser Ventilplatte.
8. Abzapf anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Abzapfventil ein in einer Bohrung des Ventilgehäuses in Längsrichtung bewegliches Ventilglied aufweist, und ein Absatz des Gehäuses einen Sitz für das Ventil bildet, wobei das Ventilglied mit
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einer kolbenförmigen Verlängerung an einer Seite versehen isst zur Bildung von zv?ai Reaktionär"lochen wovon die eine einem Steuerdruck und die andere dem Verdichtorsbzapfdruck ausgesetzt ist, und dass ein Anschlag vorgesehen ist damit das Ventilglied sich nicht bis in Berührung mit dem Ventilsitz bewegen kann zur Bildung des kleinen Abzapf quersehnittes und in dem Ventilgehäuse eine Drosseisteile ausgebildet ifit, welche den grossen Oe£fnungsguerschnitt des Absapfventiles bildet falls das Ventilglied in der vom Ventilsitz entfernten Entstellung ist.
9. Abzapf anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle eine Venturidüse ist.
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A*.
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