DE2505609C2

DE2505609C2 - Luftführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2505609C2
Application number: DE2505609A
Authority: DE
Inventors: Alain Marie Joseph Melun Lardellier
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1974-02-11
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1982-12-02
Also published as: FR2260697A1; FR2260697B1; GB1472033A; US3964257A; DE2505609A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Gasturbinentriebwerken mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckverdichter ist im allgemeinen das Betriebsverhalten der beiden Verdichter lediglich im Auslegepunkt (Reisegeschwindigkeit) aufeinander abgestimmt. Bei abweichenden Betriebszuständen (also etwa bei Anlassen, Beschleunigen und Verzögern des Triebwerkes) weicht im allgemeinen das Betriebsverhalten der beiden Verdichter hinsichtlich ihrer Förderleistung voneinander ab.

So kann die Förderleistung des Hochdruckverdichters größer sein als die des Niederdruckverdichters, und umgekehrt. Der erste Fall führt zu einem Unterdruck im Primärkanal zwischen Nieder- und Hochdruckverdichtei und tritt beispielsweise beim Anlassen des Triebwerkes ein. Wenn nämlich der Anlasser lediglich den Hochdruckverdichter dreht, benötigt der Niederdruckverdichter eine gewisse Zeit, bis er eine ausreichende Drehzahl erreicht. Im Fall eines Zweikreistriebwerkes mit einem mit dem Niederdruckverdichter drehfest verbundenen Mantelstromgebläse ist diese Schwierigkeit besonders ausgeprägt, die darüber hinaus noch verschärft wird, wenn das Triebwerk einem Gegenwind ausgesetzt ist und sich daher das Mantelstromgebläse und damit der Niederdruckverdichter zunächst in der falschen Drehrichtung drehen. — Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn beim Landen der Anstellwinkel der Schaufeln des Mantelstromgebläses umgekehrt wird, um durch Umkehren der St.römungs-

richtung im Mantelsfcrr. das Flugzeug aerodynamisch zu bremsen. Auch in diesem Fall besteht die Gefahr, daß der Hochdruckverdichter unzureichend mit Luft versorgt wird.

Der umgekehrte Fall (also der Niederdruckverdichter fördert mehr Luft, als der Hochdruckverdichter aufnehmen kann) führt zu einem Überdruck im Primärkanai zwischen Nieder- und Hochdruckverdichter und tritt beispielsweise beim Beschleunigen des Gasturbinentriebwerkes ein.

Aus der DE-OS 21 21 043 ist eine Luftführungseinrichtui'g für ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, bei dem im Primärkanal zwischen einem Niederdruckverdichter und einem Hochdruckverdichter eine sogenannte Abblaseeinrichtung (in Form eines einen verstellbaren Schließkörper aufweisenden Verbindungskanales) vorgesehen ist; mit dieser Abblaseeinrichtung kann in dem oben geschilderten zweiten Fall Luft aus dem Primärkanai zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter abgelassen werden, um eine zu hohe Förderleistung des Niederdruckverdichters (etwa beim Beschleunigen des Gasturbinentriebwerkes) auszugleichen.

Aus der GB-PS 6 25 596 ist eine Luftführungscinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk bekannt, bei dem im Primärkanal zwischen einem Niederdruck- und einem Hochdruckverdichter ein Verbindungskanal mit einem verstellbaren Schließkörper vorgesehen ist, um — etwa zur Erleichterung des Startens — dem Hochdruckverdichter zusätzlich Luft zuzuführen.

Die Luftzuführungseinrichtung nach der GB-PS 6 25 596 schafft somit Abhilfe in dem oben geschilderten ersten Fall von Betriebszuständen, während die Zuführungseinrichtung nach der DE-OS 21 21 043 die Schwierigkeiten im oben geschilderten zweiten Fall von Betriebszuständen überwindet.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Luftzuführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, bei der sowohl bei Überdruck wie auch bei Unterdruck im Primärkanal zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter — also in beiden oben geschilderten Fällen — die hierdurch bedingten Schwierigkeiten behoben werden können. Die Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.

Durch die. vorliegende Erfindung wird somit eine Einrichtung geschaffen, mit der sowohl überschüssige Luft zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter abgeblasen wie auch zusätzliche Luft in den Primärkanal zwischen Niederdruck- und Hochdruckverdichter zugeführt werden kann. Die Erfindung macht sich hierbei die Tatsache zunutze, daß im Hinblick auf den verhältnismäßig hohen Druck der abzuführenden Luft der wirksame Querschnitt des Verbindungskanals beim Abblasen um einiges kleiner sein kann als beim Zuführen von frischer Luft. Die erfindungsgemäC ausgebildete Luftführungseinrichtung besitzt einen einfachen Aufbau, hat geringes Gewicht, benötigt wenig Platz und ist billig.

Mit besonderem Vorteil läßt sich die erfindungsgemäß ausgebildete Luftführungseinrichtung bei einem Strahltriebwerk zum Antrieb von Flugzeugen, insbesondere bei einem Zweikreistriebwerk, einsetzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausfüh.rungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig.! dnsMi schematischen Längsschnitt durch tin Zweikreisgasturbinentriebwerk mit swei getrennten Laufgruppen;

Fig.2, 3 Längsscnnitte durch <v.nc LiitiFuhrungsein- t, "'-::htung für ein Gasturbinentriebwerk gemäß Fig. i, bei denen Teile vveggebrochen sind;

Fig.4 einen den Fig.2 und 3 entsprechenden Längsschnitt, bei dem jedoch keine Teile weggebrocnen sind;

F i g. 5 einen Längsschnitt durch die Luftführungseinrichtung bei geöffnetem Schließkörper;

F i g. 6 einen Längsschnitt durch die Luftführungseinrichtung bei geöffnetem Hilfsschließkörper;

F i g. 7 eine schematische perspektivische Ansicht des Schließkörpers und Hilfsschließkörpers der Luftführungseinrichtung gemäß den F i g. 2 bis 6.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk, z. B. ein Strahltriebwerk zum Antrieb eines Flugzeuges. Dieses weist zwei unabhängig voneinander umlaufende Laufgruppen auf: Eine Niederdruekiaufgruppe und eine HochdruckJaufgruppe. Die Niederdrucklaufgruppe weist einen Niederdruckverdichter 7 ~*nd eine Niederdruckturbine 3 auf, weiche durch e^:ne Welle i miteinander verbunden sind. Ähnlich weist die Hochdrucklaufgruppe einen Hochdruckverdichter 5 und eine Hochdruckturbine 6 auf, die durch eine Welle 4 miteinander verbunden sind. Ein Primärkanai 7 wird im Betrieb von einem Primärluftstrom F\ durchsetzt, der nacheinander den Niederdruckverdichter 2 und den ;o Hochdruckverdichter 5 durchsetzt Der Primärluftstrom wird dann in einer Brennkammer 3 erhitzt und durchquert nacheinander die Hochdruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 3. Dann tritt der Primärluftstrom durch ein nicht dargestelltes Primärrohr aus.
Ein Sekundärkanal 9 umgibt den Primärkanal 7, von welchem er durch ein Gehäuse 10 getrennt ist

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gasturbinentriebwerk ein Zweikreis-Strahltriebwerk, bei dem der Sekundärkanal den in den Ansprüchen erwähnten Luftraum bildet. Im normalen Betrieb wird der Sekundärkanal 9 von einem Sekundärluftstrom Fi durchsetzt, der durch ein nicht dargestelltes Sekundärrohr austritt. Der Sekundärluftstrom wird zugleich mit dem Primärluftstrom von einem Gebläse 11 erzeugt, das auf einer Verlängerung der Welle 1 angeordnet ist und drehfest mit der Niederdrucklaufgruppe verbunden ist Durch ein Getriebe ist ein Anlasser 12 mit der Welle 4 der Hochdrucklaufgruppe verbunden. Der Anlasser 12 dient zum Anwerfen der Hochdrucklaufgruppe.
so Wie oben schon ausgeführt worden ist, bereitet das Anlassen eines Zweikreis-Gasturbinentriebwerkes mit zwei Laufgruppen Schwierigkeiten. Beim Anlassen eines Gasturbinentriebwerkes mit zwei Laufgruppen wird in der Regel wie bei dem dargestellten Ausfüh.Uiigsbeispiel die Hochdrucklaufgruppe von dem Anlasser 12 angeworfen. Nach dem Einschalten des Anlassers beschleunigt die Niederdrucklaufgruppe während eines gewissen Zeitraumes nur langsam. Vom Niederdruckverdichter 2 her steht damit während dieser Zeit nur eins geringe Luftmenge am Eingang des Hochdruckverdichters 5 bereit. Damit besteht die Gefahr eines Abreißens des Hochdruckverdichters sowie die Gefahr gefährlicher Überhitzung. Dies gilt umso mehr bei Rückenwind (d. h. bei Vorliegen eines Windes in Richtung des Pfeiles F'i\ der durch das Sekundärrnhr eintretend anfänglich das Gebläse 11 und damit die Niedc-drucklaufgruppe entgegen dem normalen Drehsinne antreibt.

Ein gleichartiges Phänomen kann beim Landen auftreten. Ist das Gebläse Il mit Schaufeln tla mit einstellbarem und umkehrbarem Anstellwinkel versehen, so kann das Flugzeug bekanntlich dadurch aerodynamisch gebremst werden, daß die Strömungsrichtung der Luft im Sekundärkanal 9 umgekehrt wird. Die Luft strömt dann in Richtung des Pfeiles F'7. Hierzu genügt es, den Anstellwinkel der Schaufeln 11a des Gebläses umzukehren. Zugleich wird die am Eingang des Hochdruckverdichters 5 zur Verfügung stehende Luftmenge sehr stark vermindert, was zu den von der Beschreibung des Anlaßvorganges her schon bekannten Nachteilen führt.

Durch eine Luftführungseinrichtung soll daher sichergestellt werden, daß im Bedarfsfalle der Hochdruckverdichter 5 ausreichend mit Luft versorgt wird, d. h. daß ihm Frischluft direkt zugeführt wird. Diese Frischluft wird dem Luftraum bzw. dem Sekundärkanal 9 entnommen.

Um die Gefahr eines möglichen Pumpens des ?n Niederdruckverdichters 2 zu verhindern, kann es umgekehrt vorkommen, daß die von dem letzteren abgegebene Luftmenge größer ist als die an einer stromab liegenden Stelle aufnehmbare Luftmenge.

Durch die Luftführungseinrichtung soll daher ferner sichergestellt werden, daß im Bedarfsfalle vom Niederdruckverdichter 2 abgegebene überschüssige abgeblasen wird. Dieses Abblasen erfolgt gleicherweise zum Luft- bzw. Sekundärkanal 9 hin.

Die sowohl das Luftzuführen wie auch -abblasen besorgende Luftführungseinrichtung erlaubt im Bedarfsfalle durch das Gehäuse 10 hindurch den zwischen dem Niederdruckverdichter 2 und dem Hochdruckverdichter 5 liegenden Abschnitt des Primärkanales 7 mit dem Sekundärkanal 9 zu verbinden. Die Luftführungseinrichtung ist in Fig. I mit A bezeichnet. Sie wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 im einzelnen beschrieben.

In den Fig. 2 und 6 ist wiederum das Gehäuse 10 dargestellt, das den Primärkanal 7 vom Sekundärkanal 9 trennt. Bei der dargestellten Ausführungsform gehört das Gehäuse 10 zu einem feststehenden Teil des Gasturbinentriebwerkes. Das Gehäuse 10 weist ein einen Verbindungskanal 20 bildendes hohles Teil mit zwei Wänden auf, wobei eine innenliegende Wand 10a dem Primärluftstrom Fi und eine außenliegende Wand 106dem Luftstrom im Sekundärkanal 9 ausgesetzt ist.

Die Luftführungseinrichtung weist mindestens einen den Verbindungskanal enthaltenden Hauptkanal 20a-20-206 auf, der von dem zwischen dem Niederdruckverdichter 2 und dem Hochdruckverdichter 5 liegenden Abschritt des Primärkanales 7 ausgeht und über das hohle Teil des Gehäuses diesen Abschnitt des Primärkanales 7 mit dem Sekundärkana! 9 verbindet. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl (z. B. 12) von gleichen Hauptkanälen um diesen Abschnitt des Primärkanales herum in gleichem Winkelabstand angeordnet.

Jeder Hauptkanal verläuft transversal zur Längsachse des Gasturbinentriebwerkes und verläuft zwischen zwei Ladeöffnungen 20a, 20ό (vergleiche Fig. 4), die in der innenliegenden Wand 10a bzw. der außenliegenden Wand 106 des Gehäuses ausgebildet sind, das hohle Teil des Gehäuses durchsetzend.

Jedem Hauptkanal 20a-20-206 ist ein Schließkörper zugeordnet, der bezüglich des Hauptkanales beweglich ist und eine in F i g. 5 dargestellte Offenstellung, in der der Hauptkanal freigegeben wird, und eine in F i g. 4 dargestellte Schließstellung, in der der Hauptkanal verschlossen wird, einnehmen kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für das doppelwandige Gehäuse weist der Hauptschließkörper zwei Klappen auf, nämlich eine innenliegende Ladeklappe 21a und eine außenliegende Ladeklappe 216. durch welche die Ladeöffnungen 20a und 206 verschlossen werden können.

Die Ladeklappen 21a und 216 sind beim Rand der zugeordneten Ladeöffnung um eine feststehende Welle 22a bzw. 22b drehbar gelagert. Die Wellen 22a und 22b erstrecken sich im wesentlichen tangential zum Primärkanal 7. In der Schließstellung liegen die Ladeklappen 21a und 2\b auf Anschlägen 23a bzw. 23b, die mit dem Wandkörper verbunden sind. Die Bewegungen der beiden Ladeklappen 21a und 2Ii) sind so gekoppelt, daß beide Ladeklappen synchron bewegt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt dies unter Verwendung von Zahnsegmenten 24a und 24b, die ineinander eingreifen und jeweils an einer der Ladeklappen befestigt sind, wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich ist.

Wie insbesondere die F i g. 6 und 7 zeigen, weist jede der Ladeklappen 21a und 2ib eine lukenähnliche Entladeöffnung 25a bzw. 25b auf. Die beiden Entladeöffnungen stellen zusammen einen Teil eines Hilfskanales dar, welcher den durch die Ladeklappen 21a und 21 b gebildeten Schließkörper durchsetzt. Über den Hilfskanal kann der zwischen dem Niederdruckverdichter 2 und der Hochdruckverdichter 5 liegende Abschnitt des Primärkanales 7 ebenfalls dem Sekundärkanal 9 in Verbindung gebracht werden. Der für das Durchströmen von Luft zur Verfügung stehende Querschnitt des Hilfskanales 25a-20 256 ist um einiges kleiner als der Querschnitt des Hauptkanales 20a-20-206.

Jedem Hilfskanal 25a-20-256 ist ein Hilfsschließkörper zugeordnet, der bezüglich des Hilfskanales bewegbar ist und eine in Fig. 6 Aufgestellte Offenstellung einnehmen kann, in der der Hilfskanal freigegeben wird, und eine in Fig.4 dargestellte Schließstellung einnehmen kann, in der der Hilfskanal verschlossen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit den durch eine Entladeöffnung 25a bzw. 25b durchbrochenen Ladeklappen 21a und 2ib weist der Hilfsschließkörper zwei Entladeklappen auf, nämlich eine innenliegende Eniladeklappe 26a und eine außenliegende Entladeklappe 266, wobei die Entladeklappen zum Schließen der Entladeöffnungen dienen.

Jede der Entladeklappen 26a und 266 ist auf der zugeordneten Ladeklappe 21a bzw. 216 beim Rand der zugeordneten Entladeöffnung um eine Welle 27a bzw. 276 drehbar gelagert. Die Wellen 27a und 27b werden jeweils von der zugeordneten Ladeklappe getrag η und verlaufen im wesentlichen tangential zum Primärkanal 7. In der Schließstellung liegen die Entladeklappen 26a und 266 auf einem Anschlag 28a bzw. 286, der fest mit der entsprechenden Ladeklappe verbunden ist. Die Bewegungen der beiden Entladeklappen 26a und 266 sind miteinander gekoppelt, so daß sie synchron bewegt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies durch Zahnsegmente 29a und 296 bewerkstelligt, die ineinander eingreifen und von Teilen getragen werden, die später unter Bezugnahme auf die F i g. 3 näher beschrieben werden.

Federn 30a und 306 sind einerseits auf den Ladeklappen 21a und 216 und andererseits auf den Entladeklappen 26a und 266 abgestützt. Sie spannen die Entladeklappen in ihre Schließsteilung vor, in der die ihnen zugeordneten Entladeöffnungen 25a und 256

verschlossen sind.

Über Öffnungen 31 steht der Verbindungskanal 20 in Stru*;iungsmittelverbindung mit dem Sekundärkanal 9. Damit ist der im Verbindungskanal 20 herrschende Druck, d. h. der zwischen den Ladeklappen 21a und 216 herrschende Druck, im wesentlichen gleich dem im Sekundärkanal 9 herrschenden Druck.

Der Hauptschließkörper und der Hilfsschließkörper (diese y zrden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die aus den beiden Ladeklappen 21 a und 216 to bestehende Einheit bzw. durch die aus den beiden Entladeklappen 26a und 266 bestehende Einheit gebildet) können durch eine Verriegelungseinrichtung 40 alle beide in ihrer Schließstellung gehalten werden. Das Verriegeln durch die Verriegelungseinheit 40 kann über eine Steuereinrichtung 41 aufgehoben werden, die später noch beschrieben wird.

Die Verriegelungseinrichtung 40 weist eine im Inneren des Gehäuses 10 angeordnete Stelleinrichtung

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Stelleinrichtung hat ein bewegbares Teil, z. B. einen Kolben 42. Dieser ist über eine Übertragungsmechanik mit zwei Hebeln 26aa und 2666 verbunden, die an der innenliegenden Entladeklappe 26a bzw. der außenliegenden Entladeklappe 266 befestigt sind.

Die Übertragungsmechanik weist zwei Schwenkarme 43a und 436 auf, die in dem feststehenden Wandkörper 10 gelagert sind, und zwar ist ein Schwenkarm um eine Achse drehbar, die mit der Achse der Welle 22a der innenliegenden Ladeklappe 21a zusammenfällt, und der andere Schwenkarm ist um eine Achse drehbar, die mit der Ac .se der Welle 226 der außenliegenden Ladeklappe 216 zusammenfällt. An den Schwenkarmen sind um eine Welle 44a bzw. 446 drehbar die Enden von Stangen 45a und 456 befestigt. Deren andere Enden sind um eine Welle 46a bzw. 466 drehbar an den Hebeln 26aa bzw. 2666 der Entladeklappen befestigt. Eines der Enden zweier Hebel 47a und 476 ist ebenfalls um die Wellen 44a bzw. 446 drehbar an den Schwenkarmen befestigt. Das andere Ende der Hebel 47a und 476 ist um eine Welle 48 drehbar an einer Betätigungsstange 49 befestigt, welche mit dem das bewegbare Teil der Stelleinrichtung 40 bildenden Kolben 42 verbunden ist.

Die ineinander eingreifenden und die Synchronisierung der Bewegung der Entladeklappen 26a und 266 sicherstellenden Zahnsegmente 29a und 296 sind fest mit den Schwenkarmen 43a und 436 verbunden.

Das durch Verbindung der Achsen der Wellen 22a, 44a, 46a und 27a bzw. 226, 446, 466 und 276 erhaltene Viereck ist im wesentlichen ein Parallelogramm, das einen bezüglich des Gehäuses 10 festen Punkt aufweist, nämlich die Achse der Welle 22a bzw. 226.

Dieses Parallelogramm kann ohne Verformung um den durch die Achse der Welle 22a bzw. 226 gegebenen Punkt geschwenkt werden, so daß es aus der in F i g. 4 dargestellten Stellung in die in Fig.5 dargestellte Stellung gelangt. Das Parallelogramm kann sich ferner ohne sich um den durch die Achse der Welle 22a bzw. 226 gegebenen Punkt zu drehen verformen, so daß es aus der in Γ i ε. 4 dargestellten Stellung in die in F i g. 6 ω dargestellte o.ciluüg gelangt Schließlich kann das Parallelogramm um den durch die Achse der Welle 22a bzw. 226 gegebenen Punkt geschwenkt werden und sich zugleich verformen.

Die Verriegelungseinrichtung 40 kann z. B. eine elektrische, eine hydraulische oder eine pneumatische Verriegelungseinrichtung sein. Bei der dargestellten Ausführungsform weist sie einen pneumatischen Stellmotor auf, der durch den Kolben 42 in zwei Kammern R und S unterteilt wird. Die Kammer R des Stellmotors kann über die Steuereinrichtung 41 entweder mit einer Strömungsmittelquelle von dem verhältnismäßig hohen Druck Pi (z. B. eine Druckluftanzapfung am Ausgang des Hochdruckverdichters 5) oder mit einer Strömungsmittelquelle vom niederen Drucke Po verbunden werden. Hierzu weist die Steuereinrichtung einen Betätigungshebel 41* auf.

Im folgenden wird mit Pi der in dem Luftraum bzw. dem Sekundärkanal 9 herrschende Druck und mit Pj der im Primärkanal 7 zwischen dem Niederdruckverdichter 2 und dem Hochdruckverdichter 5 herrschende Druck bezeichnet.

Ein wichtiges Merkmal ist, daß auf den Unterschied der Drucke Pi und Pi ansprechende Einrichtungen vorgesehen sind, durch welche je nachdem der Hauptschließkörper 21a—216 oder der Hilfsschließkörper 26a—266 betätigt wird.

Einrichtungen infolge der gewählten Anordnung durch die innenliegende Ladeklappe 21a und die innenliegende Entladeklappe 26a gebildet. Die Ladeklappe 21a und die Entladeklappe 26a sind auf einer ihrer Seiten dem im Primärkanal 7 herrschenden Druck P₃ ausgesetzt. Auf ihrer anderen Seite sind sie dem im Verbindungskanal 20 herrschenden Druck ausgesetzt, der wegen der öffnungen 31 im wesentlichen gleich dem in dem Sekundärkanal herrschenden Druck P₂ ist.

Sieht man einmal von der Einwirkung der oben beschriebenen Verriegelungseinrichtung (diese weist insbesondere die Stelleinrichtung und die dieser zugeordnete Transmissionsmechanik 49—47a (47b)— 43a (436,1—45a (456,} auf), so werden die Ladeklappe 21a und die Entladeklappe 26a durch den Unterschied der Drucke Pi und P₃ um ihre jeweils zugeordneten Wellen 22a bzw. 27a geschwenlt.

Je nachdem, ob der Druck P₃ kleiner oder größer als der Druck Pi ist, können zwei Fälle auftreten.

Im ersten Fall wird die durch die Ladeklappe 21a und die Entladeklappe 26a gebildete Einheit um die Welle 22a geschwenkt, so daß sie in die in F i g. 5 dargestellte Stellung gelangt. Zugleich wird die durch die Ladeklappe 216 und die Entladeklappe 266 gebildete Einheit um die Welle 226 geschwenkt, da die Bewegung der Ladeklappen über die Zahnsegmente 24a und 246 gekoppelt sind.

Im zweiten Fall wird die Entladeklappe 26a bezüglich der Ladeklappe 21a um die Welle 27a geschwenkt, so daß sie die Kraft der Feder 30a überwindend die in F i g. 6 dargestellte Stellung erreicht. Zugleich wird die Entladeklappe 266 bezüglich der Ladeklappe 216 um die Welle 276 geschwenkt, da die Bewegung der Entladeklappen über die Zahnsegmente 29a und 296 gekoppelt ist

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Luftführungseinrichtung beschrieben, wobei angenommen wird, daß sie in ein Zweikreis-Strahltriebwerk mit zwei Laufgruppen eingebaut ist, das zum Antrieb eines Flugzeuges dient

Beim normalen Reiseflug befindet sich die Luftführungseinrichtung in der in F i g. 4 dargestellten Stellung. Der Betätigungshebel 41x der Steuereinrichtung 41 steht in der Stellung, in der die Kammer R der Stelleinrichtung mit unter dem hohen Druck P₄ stehendem Strömungsmittel beaufschlagt wird. Der das bewegbare Teil der Stelleinrichtung darstellende Kolben 42 drückt damit über die Transmissionsmecha-

nik 49-47a (476,(-4Ja (43b)-45a (45) die beiden Ladeklappen 21a und 216 und zugleich die beiden Entladeklappen 26a und 266 in ihre Schließstellung. Damit besteht über das Gehäuse 10 keinerlei Verbindung zwischen dem Primärkanal 7 und dem Sekundärkanal 9. Die auf die Ladeklappen und Entladeklappen ausgeübte Schließkraft ist stets viel größer als eine in Richtung des Gtfnens der Ladeklappen 21a und 2ib oder der Entladeklappen 26a und 266 wirkende Kraft, ganz gleich wie groß der Betrag und das Vorzeichen der Druckdifferenz P₃-P₂ ist. Die Stelleinrichtung und die ihr zugeordnete Transmissionsmechanik stellen zusammen die Verriegelungseinrichtung 40 dar, durch welche der Hauptschließkörper 2\a-2\b und der Hilfsschließkörper 26a—Kb in ihrer Schließstellung gehalten werden können.

Beim Anlassen des Triebwerkes befindet sich die Luftführungseinrichtung in der in F i g. 5 dargestellten Stellung. Der Betätigungshebel 41* der Steuereinrichtung 41 ist so gestellt, daß die Kammer R der Steileinrichtung mit der unter niederem Druck Fo stehenden Strömungsmittelquelle verbunden ist, so daß der das bewegbare Teil der Stelleinrichtung bildende Kolben 42 freigegeben wird und in F i g. 5 nach rechts gleiten kann. Die Steuereinrichtung 41 stellt somit eine Einrichtung dar, durch welche das Verriegeln durch die Verriegelungseinrichtung aufgehoben werden kann.

Wie schon ausgeführt worden ist, wird beim Anlassen des Triebwerkes nur die Hochdrucklaufgruppe 4-5-6 durch den Anlasser 12 in Drehung versetzt. Über die durch die Niederdruckturbine 3 austretenden Gase wird die Niederdrucklaufgruppe in Bewegung gesetzt, gewinnt jedoch nur sehr langsam an Geschwindigkeit. Für verhältnismäßig lange Zeit läuft das Triebwerk daher so, wie wenn der Niederdruckverdichter 2 und das Gebläse 1 mehr oder weniger luftundurchlässig wären. Die am Eingang des Hochdruckverdichters zur Verfügung stehende Luftmenge ist deshalb unzureichend, und es ist notwendig, den Hochdruckverdichter zu »laden«, d. h. ihn direkt mit Frischluft zu versorgen.

Wird der Hochdruckverdichter in Drehung versetzt, so entsteht an seinem Eingang ein Unterdruck, der auf das Ansaugen von Luft durch den Hochdruckverdichter zurückzuführen ist. Im übrigen verhält sich der Sekundärkanal 9 wie ein mit Luft gefüllter Behälter, in dem die Strömungsgeschwindigkeit praktisch Null ist. Der zu diesem Zeitpunkt im Primärkanal 7 zwischen dem Niederdruckverdichter 2 und dem Hochdruckverdichter 5 herrschende Druck P₃ ist folglich sehr viel kleiner als der zum gleichen Zeitpunkt im Sekundärkanai 9 herrschende Druck P₂.

Durch den Unterdruck (P₃- P₂) wird die Ladeklappe 21a auf ihre Offenstellung zu gedrückt und er drückt den Kolben 42 der Stelleinrichtung in seine äußerste, in F i g. 5 dargestellte Lage. Zugleich wird die Ladeklappe 216 geöffnet, was auf die zur Synchronisierung der Bewegungen vorgesehenen Zahnsegmente 24a und 246 sowie die Betätigungsstange 49 zurückzuführen ist. Auf diese Weise werden der Primärkanal 7 und der Luftraum bzw. der Sekundärkana! 9 in Verbindung mit dem Hauptkanal 20a-20-20ö gebracht Damit kann ein dem Sekundärkanal 9 entnommener Luftstrom Φ zum Laden des Hochdruckverdichters 5, d.h. zu dessen direkter Versorgung verwendet werden.

In der Offenstellung schließt die Ladeklappe 21a den Primärkanal 7 teilweise. Dieses stellt beim Laden des Hochdruckverdichters keinerlei Nachteil dar, da der Niederdruckverdichter 2 für einen Luftstrom während dieser Phase praktisch undurchlässig ist.

Gewinnt die Niederdrucklaufgruppe 1-2-3 zunehmend an Geschwindigkeit, so wächst der in dem Primärkanal herrschende Druck Pi, und et wird schließlich größer als der im Sekundärkanal herrschende Druck Pi. Die Ladeklappen 21a und 216 schließen sich daher zunehmend. Die Schließbewegung der Ladeklappen kann gegebenenfalls dadurch unterstützt werden, daß die Kammer Ader Stelleinrichtung wieder mit unter dem hohen Druck Pa, stehendem Strömungsmittel beaufschlagt wird. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Entladeklappen 26a und 266 zwangsweise gegen die ihnen zugeordneten Ladeklappen 21a bzw. 21b und die Ladeklappen auf die ihnen zugeordneten Anschläge 23a bzw. 236 gedrückt werden. Dies erfolgt ungeachtet eines möglicherweise existierenden Spieles in den Zahnsegmenten 24a und 246 bzw. 29a und 296 sowie in der Transmissionsmechanik 49—47a (476,7— 4Za (436;-45a(456;.

Während der Bewegung der Ladeklappen 21a und 216 bleiben die ihnen zugeordneten Eniiaueklappeu 2Gä und 266 geschlossen, da auf sie die Federn 30a und 306 einwirken.

Beim aerodynamischen Bremsen des Flugzeuges durch Umkehrung des Anstellwinkels der Schaufeln 11a des Gebläses 11 wird der Betätigungshebel 41* der Steuereinrichtung 41 ebenfalls in die in Fig. 5 dargestellte Stellung gebracht. In dieser leistet die Stelleinrichtung einer eventuellen Bewegung der Ladeklappen 21a und 216 auf ihre Offenstellung zu keinen Widerstand.

Wie weiter oben schon ausgeführt worden ist, besteht auch in diesem Falle die Gefahr, daß der Hochdruckverdichter 5 nicht ausreichend vom Niederdruckverdichter 2 her mit Luft versorgt wird. Wird der Druck P₃ kleiner als der Druck P₂, so erlaubt das öffnen der Ladeklappen 21a und 216 bei diesen Betriebsbedingungen eine direkte Versorgung des Hochdruckverdichters durch den Sekundärkanal 9 entnommene Luft.

Bei einer Beschleunigung des Triebwerkes befindet sich die Luftführungseinrichtung in der in Fig.6 dargestellten Stellung. Der Betätigungshebel 41* der Steuereinrichtung 41 ist in die Stellung gebacht, in der die Kammer R der Stelleinrichtung in Verbindung mit der unter niederem Druck Po stehenden Strömungsmittelquelle steht. Damit kann der das bewegbare Teil der Stelleinrichtung darstellende Kolben 42 frei in der Zeichnung nach rechts geschoben werden.
Wie schon oben ausgeführt worden ist, kann die während dieser Phase am Ausgang des Niederdruckverdichters 2 bereitgestellte Luftmenge kurzzeitig größer sein als die stromab des Niederdruckverdichters aufnehmbare Luftmenge. Damit besteht die Gefahr eines Pumpens des Niederdruckverdichters.

Unter diesen Bedingungen ist der am Ausgang des Niederdruckverdichters herrschende Druck P₃ sehr viel größer als der im Sekundärkanal 9 herrschende Druck P₂. Damit reicht der Druckunterschied (P₃-P₂) dazu aus, die Kraft der Federn 30a und 306 sowie die Reibung

to de; Stelleinrichtung und der Transmissionsmechanik zu überwinden r*je Entkdeklappe 26 öffnet sich dshsr. den Kolben 42 der Stelleinrichtung in seine Svßt-iSte \u F i g. 6 dargestellte Stellung zurückschiebend. Zugleich wird die Entladeklappe 266 geöffnet, da die Bewegungen der Entladeklappen über die Zahnsegmente 29a und 296 sowie die Betätigungsstange 49 gekoppelt und synchronisiert sind.

Damit steht der Primärkanal 7 und der Luftraum bzw.

der Seku.idärkanal 9 in Verbindung mit dem Hilfskanal 25a-20-256. Damit wird ein aus dem Primärkanal 7 kommender Luftstrom φ über den Hilfskanal zu dem Sekundärkar.al 9 abgeführt, wodurch der Niederdruck- »erdichter 2 entladen und die Gefahr eines Pumpens des Niederdruckverdichters ausgeräumt wird.

Um das Entladen des Niederdruckverdichters zu beenden, genügt es, die Kammer Ader Stelleinrichtung wieder mit der unter dem hohen Druck P₄ stehenden Strömungsmittelquelle zu verbinden. Die durch die Ladeklappen 21a und 216 und die Entladeklappen 26a und 266 gebildete Luftführungseinrichtung nimmt dann wieder die in F i g. 4 dargestellte Stellung ein.

Es versteht sich, daß für die Stelleinrichtung anstelle des einfach wirkenden Stellmotors auch zweifach wirkende pneumatische oder hydraulische Stellmotoren verwendet werden können.

Ein doppelt wirkender hydraulischer Stellmotor erlaubt insbesondere, die Ladeklappen 21 a und 21 6 oder die Entladeklappen 26a und 266 sowohl in Richtung auf die Offenstellung hin als auch in Richtung auf die Schließstellung hin zwangsweise zu bewegen, wozu unter Druck stehendes Strömungsmittel in eine Kammer 5 des Stellmotors bzw. in die Kammer R des Stellmotors geleitet wird.

Bei der oben im einzelnen beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der Hub der Betätigungsstange 49 sowohl zum Öffnen der Ladeklappen 21a und 21 6 als auch zum öffnen der Entladcklappen 26a und 26b derselbe. Das heißt natürlich nicht, daß die Entladeklappen 26a und 266 erst geöffnet werden können, wenn die Ladeklappen 21a und 216 vollständig geschlossen worden sind. Das Öffnen der Fittladeklappen kann vielmehr sehr wohl schon einsetzen, solange die Ladeklappen noch teilweise offen sind. Hiervon Vann gegei, das Ends del Anl!ul;.i;ar2 vorteilhaft Gebrauch ^emaciii vverden, indem man das Arbeiten der Fe '?rn 30a und 306 zur Dämpfung eventueller Schwingungen der Ladeklappen verwendet, welche auftreten, wenn die Ladeklappen durch den Druckanstieg im Primärkanal 7 auf ihre Schließstellung zu gedrückt werden.

Für andere Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Entladeklappen 26a und 266 r.m öffnen lassen, wenn die Ladeklappen 21a und 216 vollständig geschlossen sind. Dann muß für die Ladeklappen eir.3 Verriegelung vorgesehen werden, die nach Beendigung der Anlaßphase wirksam wird. Eine derartige Verriegelung ist in F i g. 6 schematisch durch zwei Riegel 50a und 506 dargestellt, die beispielsweise bei den Anschlägen 23a bzw. 236 angeordnet sind.

Bei dem oben im einzelnen erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden der Hauptschließkörper und der Hilfsschließkörper jeweils durch eine aus zwei Ladeklappen 21a und 216 sowie zwei Entladcklappen 26a und 266 bestehende Einheit gebildet. Der Hauptschließkörper kann jedoch auch nur eine einzige Ladeklappe, z.B. die Ladeklappe 21a mit einer Entladeklappe 26a, aufweisen. Die schwenkbaren Ladeklappen und Entladeklappen des bevorzugten Ausführungsbeispieles können auch durch andere Schließeinrichtungen ersetzt werden, z. B. durch verschiebbare Schieber.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Luftführungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, welches in einem Gehäuse mindestens einen Niederdruckverdichter und einen unabhängig von diesem drehbaren Hochdruckverdichter unter Bildung eines Primärkanals aufweist, mit einem wenigstens einen verstellbaren Schließkörper aufweisenden Verbindungskanal, durch den der Primärkanal zwischen den Verdichtern mit einem das Gehäuse umgebenden Luftraum verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Verbindungskanal (20) angeordnete Schließkörper eine durch einen Hilfsschließkörper verschließbare Entladeöffnung (25a, 256; aufweist

2. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließkörper und der Hilfsschließkörper den Drücken im Primärkanal (7) und im Luftraum (9) ausgesetzt sind, wobei der Schließkörper durch Unterdruck im Primärkanal (7) und der Hilfsschließkörper durch Überdruck im Primärkanul (7) gegenüber dem Luftraum (9) in Öffnungsrichtung betätigbar sind.

3. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verriegelungseinrichtung (40), durch welche der Schließkörper und der Hilfsschließkörper in ihrer Schließstellung gehalten werden, und durch eine Steuereinrichtung (41) für die Verriegelungseinrichtung (40).

4. Luftführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schließkörper als Ladeklappe ausgebildet ist, die einseitig auf dem Gehäuse drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem Tsil ihrer Oberfläche durch die Entladeöffnung (25a,) durchbrochen ist; und daß der Hilfsschließkörper als Entladeklrope (26a) ausgebildet ist, die einseitig beim Rand der Entladeöffnung (25a; auf der Ladeklappe (21a; drehbar gelagert ist.

5. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung (40) eine Stelleinrichtung aufweist, deren bewegbares Teil (42) über eine Transmissionsmechanik (49, 47a, 43a, 45a; mit einem Hebel (26aa; verbunden ist, der seinerseits fest mit der Entladeklappe (26a; verbunden ist.

6. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Feder (3OaJl durch welche die Entladeklappe (26a; in ihre die Entladeöffnung (25a; verschließende Schließstellung vorgespannt wird.

7. Luftführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Riegel (50a;, durch welchen die Ladeklappe (21a; in ihrer Schließstellung gehalten werden kann.

8. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse doppelwandig und hohl ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeklappe (21a; mit der Entladeklappe (26a; am radial inneren Ende des Verbindungskanals angeordnet ist, daß analog eine weitere Ladeklappe (21 b) mit einer weiteren Entladeklappe (26b) am radial äußeren Ende des Verbindungskanals angeordnet ist, wobei Einrichtungen (24a, 24b; 29a, 29b) zur synchronen Bewegung einerseits der inneren (21a; und der äußeren Ladeklappe (21/?; und andererseits der inneren (26a; und der äußeren Entladeklappe (2Bb) vorgesehen sind und daß der Verbindungskanal über Druckausgleichsöffnungen (31) ständig mit dem

Luftraum (9) verbunden ist

9. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Verriegelungseinrichtung (40) verbundene Transmissionsmechanik (49, 47a, 47i>, 43a, 430, 45a, 4Sb) mit einem weiteren Hebel (26bb) verbunden ist welcher seinerseits fest mit der außenliegenden Entladeklappe(26ö; verbunden ist

10. Luftführungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Synchronisierung der Bewegung der inneren (21a; und der äußeren Ladeklappe (21/>; zwei Zahnsegmente (24a, 24b) aufweisen, die ineinander eingreifen und fest mit der zugeordneten Ladeklappe verbunden sind; und daß die Einrichtungen zur Synchronisierung der Bewegung der beiden Entladeklappen (26a, 26b) der beiden Ladeklappen zwei weitere Zahnsegmente (29a, 29b) aufweisen, die ineinander eingreifen und mit der den Entladeklappen zugeordneten Transmissionsmechanik gekoppeltsind.

11. Luftführungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche bei einem Zweikreistriebwerk verwendet wird, bei dem der Primärkanal von einem Sekundärkanal umgeben ist, der im Betrieb von einem Sekundärluftstrom durchsetzt wird, welcher durch ein drehfest mit der Niederdrucklaufgruppe verbundenes Gebläse erzeugt wird, wobei das Gebläse möglicherweise Schaufeln mit einstellbarem und umkehrbarem Anstellwinkel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Verbindungskanal (20) mit dem Primärkanal (7) verbundene Luftraum (9) der Sekundärkanal ist.