DE2546977A1 - Umleitventil fuer auslassduese eines gasturbinentriebwerkes und verfahren zum betrieb desselben - Google Patents

Umleitventil fuer auslassduese eines gasturbinentriebwerkes und verfahren zum betrieb desselben

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DE2546977A1
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Dudley Owen Nash
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    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
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Description

6 Frankfurt/Main 1, 20.Okt. 1975 Niddasf raße 52 WK./he. Telefon (0611) 23 7220 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto! 282420-602 Frankfurt/M. Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.
r. rer. nat. Horsr Schüler
PATENTANWALT
General Electric Company
1 River Poad
Schenectady, N.Y./U.S.A.
Umleitventil für Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerkes und Verfahren zum Betrieb desselben
Die Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere Düsen mit veränderlicher Schubrichtung für dieselben. Das Problem für den mechanischen Konstrukteur besteht darin, eine effektive Adichtungseinrichtung mit leichtem Gewicht für eine Hochtemperaturgasturbinenauslaßdüse mit unregelmäßiger Form aus Metallblech zu schaffen. Im Stand der Technik wurden Versuche zur Lösung dieses Problems unternommen und waren darauf orientiert eine in Segmente unterteilte Pufferdichtung (bumper seal) um die Auslaßöffnung herum vorzusehen, auf der das Abzweigventil (Umlenkventil) gleitend anliegt. Da es äußerst schwierig ist, eine kontinuierliche Pufferdichtung um eine notwendigerweise kreis-
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förmige Auslaßöffnung herum zu konstruieren und trotzdem zu gestatten, daß das Umlenkventil sich gleitend in eine andere Lage drehen kann, und da beträchtliche radiale Zwischenräume zwischen dem Umlenkventil und der Auslaßöffnung erforderlich sind, um der thermischen Ausdehnung gerecht zu werden und eine freie Drehung des Umlenkventils zu gestatten, bleibt in einem solchen System ein bedeutungsvoller Gasaustritt zurück.
Es ist demgemäß die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Abdichtung für ein Umlenkventil zu schaffen, das im Innern des Strömungsweges einer Gasturbine angeordnet ist, um das Austreten von Gas zwischen dem Umlenkventil und der Düsenaus laßöffnung zu verhindern und ein verbessertes Verfahren zur Abzweigung eines Gasstromes in einem Auslaßkanal eines Gasturbinentriebwerkes zu schaffen.
Zusammengefaßt werden die obigen Aufgaben erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein metallisches, plastisch verformbares Material zwischen der Auslaßdüsenöffnung und dem Umlenkventil (Umleitventil) angeordnet wird. Da eine Abdichtung dieser Art mit enger Passung die Verwendung einer Be_tätigung des Umlenkventils durch konventionelle Drehung ausschließt (Infolge der hohen Reibungskräfte und der potentiellen Beschädigung der Abdichtung) wird ein Stellmechanismus vorgesehen, welcher das Umlenkventil nach innen zurückzieht und die Dichtung außer Eingriff bringt, bevor das Ventil in die geöffnete Stellung gebracht wird. Dieses Verfahren des Zurückziehens des Umlenkventils vor der Drehung bringt die potentielle Beschädigung der Dichtung auf ein Minimum. Wenn die Dichtung in Eingriff zwischen dem Ventil und der Auslaßöffnung ist, dann erfolgt ein gleitendes Anliegen infolge der Belastung durch den Gasdruck ausreichend, um ein enges Anliegen der Dichtung an den Flächen des Ventils und der Auslaßöffnung zu bewirken und einen Durchtritt von Gas zwischen denselben zu vermeiden.
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Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus den nachstehenden Beschreibungen bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerkes als Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt eine geschnittene, schematische Darstellung der Ausführungsform der Erfindung nach Figur 1 in einem zweiten Betriebszustand.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung ähnlich Figur 2 in einem dritten Betriebszustand.
Figur gibt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebszustand.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung ähnlich Figur 1J in einem zweiten Betriebszustand.
Figur 6 ist eine schematische Darstellung ähnlich Figur 5 in einem dritten Betriebszustand.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebszustand.
Figur 8 ist eine schematische Darstellung ähnlich Figur J in einem zweiten Betriebszustand.
Figur 9 ist eine schematische Darstellung ähnlich Figur 8 in einem dritten Betriebszustand.
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Figur 10 zeigt ein vorbekanntes Umlenkventil für die Auslaßdüsenöffnung eines Gasturbinentriebwerkes.
Figur 11 zeigt schematisch einen Schnitt entlang der Linie 1-1-11 der Figur 10.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Abbildungen, in denen gleiche Bezugsziffern durchweg gleiche Bauteile bezeichnen.
Die Figur 1 zeigt eine praktisch zylindrische Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerkes, die allgemein bei 10 schematisch dargestellt ist und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Die heißen Verbrennungsgase dehnen sich in einer nicht gezeigten Turbine in an sich bekannter Weise aus und treten in die Auslaßdüse von der linken Seite der Figur 1 ein, wie dies durch den Vektor 12 dargestellt ist. (wie noch nachstehend erläutert, soll der Ausdruck "Auslaßdüse" auch noch eine Auslaßdüse eines Gebläsekanals oder irgendeine andere Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerkes einschließen, und zwar unabhängig davon, ob der Düse in Reihe in Strömungsrichtung ein Brenner vorgeschaltet ist oder nicht). Der Strömungsmittelfluß dieser Gase wird dann selektiv entweder durch die Düsenauslaßöffnung I1I oder die Auslaßöffnung 16 geleitet. Wie in Figur 2 dargestellt, besteht die Auslaßöffnung IiI aus einer im wesentlichen kreisförmigen öffnung in dem Auslaßdüsengehäuse 18 und umfaßt den Einlaß zu einer Düse 20, welche beispielsweise zur Schubausrichtung dient (Figur 1). Die Auslaßöffnung 16 ergibt einen Ausstoß des Strömungsmittels in Richtung praktisch parallel zur Längsachse des Gasturbinentriebwerkes und die Auslaßrichtung des Strömungsmittels ist allgemein durch den Vektor 22 dargestellt. Die Richtung des Strömungsmittels gemäß dem Vektor Iki das durch die Düse 20 zur Schubausrichtung austritt, ist variabel, wobei die Einstellung der Düse 20 durch einen der Vielzahl der bekannten Stellglieder vorgenommen wird, was allgemein bei 26 dargestellt ist. Eine Form des verbesserten Abzweig- oder Umlenkventils der vorliegenden Erfindung, das allgemein bei 28 in Figur 1 darge-
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stellt ist, ist vorgesehen, um selektiv den Strömungsmittelstrom entweder durch die Auslaßöffnung 14 oder 16 zu lenken und eine verbesserte Abdichtung zu erhalten, um dabei das Strömen des Strömungsmittels durch die andere Düsenauslaßöffnung zu verhindern. In den Ausführungsformen nach den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Stellglied des Kolbentyps vorgesehen und allgemein bei 30 gezeigt, wobei dieses Stellglied einen Zylinder 32 und einen darin angeordneten, nicht gezeigten Kolben besitzt. Das verschlossene Ende 36 des Zylinders ist durch eine Stiftverbindung an dem Gehäuse l8 der Auslaßdüse befestigt. Der Kolben enthält eine Betätigungsstange 40, die an demselben befestigt ist und aus dem freien Ende des Betätigungszylinders 32 herausragt.
Ein Paar von selektiv einstellbaren Sperreinrichtungen, beispielsweise Sperrtüren oder -klappen 44, 46 des "Muschelschalentyps" (clam shell) sind im Innern der Auslaßdüse 10 angeordnet und sind über Verbindungsgestänge antriebsmäßig mit dem Stellglied 30 verbunden, wobei das Gestänge allgemein bei 48 bezeichnet Ist. Das Verbindungsgestänge enthält einen Winkelhebel 50» der bei 52 in einer solchen Weise antriebsmäßig mit der Betätigungsstange JlO verbunden ist, daß die lineare Bewegung der Betätigungsstange 40 in die Drehbewegung des Winkelhebels 50 um seine feste Drehachse 54 umgewandelt wird, welche durch eine Stiftverbindung mit dem Gehäuse 18 der Auslaßdüse gebildet ist.
Erste, zweite und dritte Verbindungsgestängeteile 56, 58 und 60 sind an Stiftverbindungen 62, 64, 66 antriebsmäßig mit dem Winkelhebel -50 verbunden, wobei die Gestänge 56 und 60 im wesentlichen gerade sind, und das Gestänge 58 bogenförmig ist. Das Gestänge 56 ist weiterhin mit einem ersten Sperrhebel 68 (am Punkt 69) antriebsmäßig verbündender seinerseits starr mit der Sperrklappe 44 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist das Gestänge 58 antriebsmäßig mit einem zweiten Sperrhebel 70 verbunden, der seinerseits starr mit einer Sperrklappe 46 verbunden ist. Die Sperrklappe 46 und der zweite Sperrhebel 70 sind rotierbar an ihrem Verbindungspunkt um eine Achse durch den Stift
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(Figur 3)> welcher die beiden Elemente antriebsmäßig mit dem Gehäuse 18 der Auslaßdüse verbindet. Der erste Sperrhebel 68 und die Sperrklappe 44 sind in ähnlicher Weise an ihrem Verbindungspunkt um eine Achse durch den Stift 74 drehbar, welcher die beiden Elemente antriebsmäßig mit einem Exzenter 76 verbindet, dessen Verbindungspunkt radial gegenüber der exzentrischen Drehachse 78 versetzt ist. Der Exzenter 76 ist antriebsmäßig mit dem Gehäuse 18 der Auslaßdüse verbunden und frei um die Achse 78 drehbar.
Ein drittes Gestänge 60 ist vorgesehen, um eine Drehung des Exzenters 76 um die Drehachse 78 herum auszulösen, wobei dieses dritte Gestänge 60 den Winkelhebel 50 und den Exzenter 76 an den Verbindungspunkten 66 bzw. 80 verbindet. Der Verbindungspunkt 80 ist auf einer Kurvenscheibe 82 zum Anheben angeordnet, welche vom Exzenter 76 vorsteht und praktisch kolinear oder radial ausgerichtet ist mit einer theoretischen Linie, die senkrecht zu den exzentrischen Drehachsen 78 und dem Stift 74 und durch dieselben verläuft. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist das Düsengehäuse 18 mit einer kugelförmig gekrümmten Oberfläche 84 ausgestattet, die zur Aufnahme der konzentrisch und kugelförmig gestalteten Sperrklappe 46 in der eingefahrenen Stellung eingerichtet ist. Solche kugelförmigen Oberflächen gewährleisten, daß bei Drehung der Sperrklappe 46 um ihre Achse am Stift 72 der freie Spielraum 86 praktisch konstant bleibt, um ein Festklemmen zwischen den beiden Teilen auszuschließen.
Die Sperrklappe 44 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Segment koaxial mit der Auslaßdüse .0, welches eine Stirnfläche 88 besitzt, die in der eingefahrenen Stellung nach Figur 1 die erste Auslaßöffnung 14 verdeckt. Zusammenwirkende Dichtungen 90, 92 sind am Umfang der Stirnfläche 88 bzw. der Auslaßöffnung 14 vorgesehen und eine kontinuierliche anpaßbare Dichtung 94 ist dazwischen angeordnet, um eine verbesserte Dichtung zu erhalten. Wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, ist die Dichtung 94 am Ventilsitz 90 befestigt und soll einen metallischen plastisch
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deformierbaren Aufbau besitzen, wie beispielsweise eine zusammendrückbare Bienenwabenstruktur mit offenen Flächen. In ihrer Lage und Ausführungsform gemäß der Darstellung in Figur 1 wird die Dichtung so zusammengedrückt, daß sie sich an die Gestalt der Ventilsitze 90 und 92 anpaßt und hierdurch einen Austritt von Gas zwischen diesen Teilen ausschließt.
Im Betrieb werden die Aulaßgase durch den zweiten Auslaß 16 gemäß dem Vektor 22 der Figur 1 geleitet und ergeben dadurch einen Schubvektor mit einer Richtung entgegengesetzt dem Vektor 22 (d. h. axial nach vorne entlang der Längsachse des Triebwerkes). Es wird Bezug genommen auf die Figur 2, in der das Umlenkventil zur Umlenkung der Strömung aus der Auslaßöffnung 16 in die Auslaßöffnung 14 betätigt wird.
Mit der Druckzufuhr zum Stellglied 30 mittels einer Druckauelle (nicht gezeigt) und einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) werden der Kolben 34 und die Betätigungsstange 40 linear ausgeschoben und erzeugen dadurch eine Drehung des Winkelhebels 50 um die Drehachse 54 im Uhrzeigersinn . Während eines ersten vorge gebenen Teils des Laufweges der Betätigungsstange (der Bewegung zwischen der Stellung nach Figur 1 und der Stellung nach Figur 2) wirken der Winkelhebel 50, das bogenförmige zweite Gestänge 58 und der zweite Sperrhebel 70 in einer solchen Weise zusammen, daß sich die Sperrklappe 46 praktisch nicht um ihre Achse 72 dreht. Gleichzeitig bewirkt die Drehung des Winkelhebels 50 eine Drehung des Exzenters 76 im Gegenuhrzeigersinn und eine Drehung der Abheberkurvenscheibe 82 durch das Gestänge 60 zusammen mit einem Anheben der Stiftachse 74 des ersten Sperrhebels bei seinem Umlauf um die exzentrische Drehachse 78. Daher wird die Sperrklappe 44 ohne Reibung zurückgezogen durch das Anheben der gezeigten Ausführungsform um eine Strecke X in Figur 2, welche gleich der vertikalen Laufstrecke der Stiftachse 74 des ersten Sperrhebels ist und hierdurch wird die Dichtung 94 vom Ventilsitz 92 getrennt. Obwohl die Sperrklappe 44 angehoben wird, behalten die ,Sperrklappe und ihr zugeordneter erster Sperrhebel 68 die gleiche
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Winkellage bezüglich der Längsachse der Auslaßdüse des Triebwerks infolge des ersten Gestänges 56. Dieses Gestänge übersetzt die Drehung des Winkelhebels 50 im Uhrzeigersinn in eine Drehung des ersten Sperrhebels 68 im Uhrzeigersinn bezüglich des Exzenters 76. Der Verbindungspunkt 69 des ersten Sperrhebels und des ersten Gestänges 56 werden praktisch um eine Strecke Y in Figur 2 nach oben bewegt, welche gleich der vertikalen Bewegungsstrecke der Stiftachse 74 des ersten Sperrhebels ist. Daher wird eine vertikale Verschiebungsbewegung des ersten Sperrhebels 68 und der Sperrklappe 44 bezüglich des Gehäuses l8 der Auslaßdüse bewirkt.
Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur 3» in der die Betätigungsstange 40 voll ausgefahren ist und eine weitere Drehbewegung des Winkelhebels 50 im Uhrzeigersinn verursacht hat. Während der Betätigung und der Stellung nach Figur 2 in die Stellung nach Figur 3 wird das bogenförmige zweite Gestänge 58 zu einem Zug auf den zweiten Sperrhebel 70 gezwungen und bewirkt dadurch eine Drehung der Sperrklappe 46 um ihre Stiftdrehachse Die Figur 3 zeigt die Sperrklappe 46 in einer Stellung über einem Teil der zweiten Auslaßöffnung 16. Gleichzeitig mit der Drehung der Sperrklappe 46 bewirkt die Drehung des Winkelhebels 50 im Uhrzeigersinn über das Gestänge 56 eine Drehung des ersten Sperrhebels 68 im Gegenuhrzeigersinn um seine Stiftachse 74 und über das Gestänge 60 eine Drehung des Exzenters 76 im Uhrzeigersinn um seine Drehachse 78. Daher wird die Sperrklappe 44 im Gegenuhrzeigersinn in eine Stellung über einem Teil der zweiten Auslaßöffnung 16 gedreht, wo sie zusammen mit der Sperrklappe 46 einen Strömungsmittelstrom durch dieselben verhindert. Es ist von Bedeutung, daß zwar die erste Sperrklappe 44 im Gegenuhrzeigersinn bezüglich ihrer Drehachse 74 gedreht wurde, die Achse 74 jedoch gleichzeitig im Uhrzeigersinn um die Exzenterachse 78 gedreht wurde, so daß der vertikale Bewegungsweg X (in Figur 2 definiert) in Figur 3 wieder 0 wurde und damit mindestens ein Teil der Dichtung 94 auf dem Ventilsitz 92 aufliegt.
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Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist es leicht ersichtlich, daß Dichtungen bekannter Bauart entweder auf einer oder beiden Sperrklappen an ihrem Zusammenwirkungspunkt 95 angebracht sein können, um das Durchtreten von Strömungsmitteln an dieser Stelle auf ein Minimum zu bringen. Es treten daher mit der Bewegung der Sperrklappe von einer ersten Stellung, in der sie die erste Auslaßöffnung verdeckt, in eine Stellung zum Abdecken der zweiten Auslaßöffnung 16 zwei unterschiedliche Bewegungsarten auf. Die erste Bewegung ist das Anheben der Klappe iIjJ und der Dichtung 9*1 aus ihrer ersten Stellung nach Figur 1 in eine zweite Stellung nach Figur 2. Danach wird die Klappe 44 in die dritte Stellung nach Figur 3 gedreht. Die äußerst hohen Drücke im Innern
der Auslaßdüse in der Größenordnung von etwa 3,5 kg/cm (50 psi) verhindern ein Drehen der Klappe 44 ohne Anheben, da sonst die anschmiegenden Dichtungen zerstört würden und der enge Paßsitz kräftige Betätigungseinrichtungen erforderlich machen würde.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind offensichtlich, wenn man die vorbekannten Versuche zur Lösung des Dichtungsproblems betrachtet.
Die Figuren 10 und 11 zeigen eine vorbekannte Anordnung 100 für ein Umlenkventil zur Abdeckung der Auslaßöffnung 102. Die Sperrklappe 104 ist mit einem Paar von Pufferdichtungen 106, 108 ausgestattet, welche mit Pufferdichtungen 110, 112 am Umfang der Auslaßöffnungen zusammenwirken, um einen Strömungsmitteldurchfluß dort zu verhindern. Diese Konzeption ist in der Lehre der US-PS 3 035 411 enthalten. Wie in Figur 11 gezeigt, bestehen aufgrund von mechanischen Erfordernissen Bereiche einer Nichtabdichtung 116, 118 am Umfang in der Nähe der Drehachse 114 der Sperrklappe. Ein weiterer Durchfluß von Strömungsmittel besteht durch Zwischenräume 122, 124 zwischen den Pufferdichtungen und der Klappe, entweder in der Stellung über der Auslaßöffnung 102 oder in der geöffneten Stellung, welche dünn ausgezogen eingezeichnet ist. Die thermische Ausdehnung bei einem MetallbIechaufbau erfordert Zwischenräume in einer Bauform mit
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Pufferdichtung, um eine freie Drehung der Sperrklappe 10*1 zu gestatten. Der hieraus resultierende Strömungsmitteldurchtritt ist der Gesamtleistung des Triebwerkes abträglich.
Im Gegensatz hierzu ergibt nach Darstellung der Figur 1 die Dichtungsanordnung nach der Erfindung mit der kontinuierlichen anschmiegbaren Dichtung auf dem Ventilsitz 92 keine Anzeichen für Zwischenräume, durch die Strömungsmittel austreten kann.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen in Sequenz die Funktion einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine einzige abgewandelte Sperrklappe 244 enthält. Hier wird bewirkt, daß sich ein einziger modifizierter Winkelhebel 2p0 um die Drehachse 254 durch Translationsbewegung des Betätigungsarms 40 des Stellgliedes 30 dreht. Wie in der Sequenz nach den Figuren 4 und 5 dargestellt, bewirkt eine erste Translation des Betätigungsarms 240 und die zugeordnete Drehung des Winkelhebels 250 im Gegenuhrzeigersinn eine Drehung des modifizierten Exzenters 276 im Uhrzeigersinn durch die Verbindung mit den Gestängen 26O und der Abheberkurvenscheibe 282, während der Winkelhebel durch die antriebsmäßige Verbindung mit dem Gestänge 256 zu einer kompensierenden Drehung im Gegenuhrzeigersinn veranlaßt wird. Dies führt zu einer Abhebungsversuhiebung der Sperrklappe 244 bei dem Umlauf ihrer Drehachse 274 um die exzentrische Drehachse 278 in ähnlicher Weise wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Hierdurch wird eine Abhebung und Trennung der Dichtung 9^ vom Ventilsitz 92 erzeugt. Die Klappe 244 und die Dichtung 91» werden jetzt in eine geöffnete Stellung im abgedichteten Eingriff mit der Auslaßdüse 16 gedreht (wie in Figur 6 dargestellt) durch weiteres Ausschieben des Betätigungsarms 240 und entsprechende Drehung des Winkelhebels 250. Dies bewirkt eine Umkehrung der Drehrichtung des Exzenters 276, so daß er sich in der gleichen Richtung dreht, wie der Sperrhebel 268. Durch das Zusammenwirken dieser Teile wird die Sperrklappe 244 in ihre vorbestimmte dritte Stellung über die Auslaßöffnung 16 gedreht und der Strömungsmittelstrom wird daher durch die Auslaßöffnung I1J
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-gerichtet. Erneut werden hier die Grundelemente der vorliegenden Erfindung demonstriert: zuerst ein Abheben der Sperrklappe 244 und der Dichtung 94 vom Eingriff mit dem Ventilsitz 92, gefolgt von einer Drehung der Sperrklappe in die eingefahrene Stellung über der Auslaßöffnung 16.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Sequenz in den Figuren 7 bis 9 dargestellt und bei ihr wurde eine verschiebbare Verkleidung 300 des Auslaßkanals zugefügt, um einen thermischen Schutz für die Auslaßdüse 10 zu erhalten. Da die Verkleidung 300 die freie Betätigung der etwas abgewandelten Sperrklappe 344 behindert, ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Verkleidung 300 während der Betätigung der Sperrklappe nach hinten zu schieben. Ein Winkelhebel ist nicht vorhanden und eine Betätigungsarmverlängerung für 100 wurde zu dem Betätigungsarm 300 zugefügt und ist im gleitenden Eingriff mit einer ersten Bahn 402, welche bezüglich des Gehäuses 18 der Auslaßdüse festgelegt ist. Ein erstes Ausschieben des Betätigungsarms 340 (wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt) erzeugt das Abheben der Sperrklappe 344 und der Dichtung 94 vom Ventilsitz 92. Dieses erste Ausschieben bewirkt durch die antriebsmäßige Verbindung des Gestänges 36O eine Drehung des Exzenters 376 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 378. Und hierdurch wird der Sperrhebel 368 in einer Umlaufbahn um die Drehachse 378 geführt. Ein Gestänge 356 bewirkt jedoch eine kompensierende gegenläufige Drehung des Sperrhebels 368 um seine Drehachse 374 und dies führt zu einem Abheben des Sperrhebels 368 und der inte gral verbundenen Sperrklappe 344 und dies gestattet ein Lösen der Dichtung 94 vom Ventilsitz 92. Eine weitere Drehung des Exzenters 376 und die gegenläufige Drehung des Sperrhebels 368 dreht die Sperrklappe 344 in ihrer ausgefahrenen Stellung über dem Auslaßkanal 16 (^igur 9). Eine zweite Laufbahn 4o4 ist bezüglich des Gehäuses/der Auslaßdüse festgelegt und nimmt gleitend ein Gleitstück 406 auf, das antriebsmäßig mit der verschieb baren Verkleidung 300 verbunden ist. Das Verbindungsgestänge verbindet das Gleitstück 406 und die Verlängerung 400 des Betätigungsarms in einer solchen Weise, daß die gleitende Be-
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wegung der Verlängerung 400 des Betätigungsarmes gleichzeitig mit der Betätigung der Klappe 3^^ auf das Gleitstück 4o6 übertragen wird. Die Laufbahnen 402 und 4o4 gewährleisten eine parallele Verschiebung. Erneut sind auch hier die Elemente des Abhebens und des Drehens in der Sequenz der Betätigung der Sperrklappe vorhanden.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß bestimmte Abänderungen an der vorbeschriebenen Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne den weiteren Umfang der Konzeption der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Erfindung auch dazu benutzt werden, den Gebläsestrom eines Gasturbinentriebwerkes neben dem Abgasstrom des Kerntriebwerkes umzulenken. Die Dichtung könnte auch an dem Ventilsitz des Düsenkanals anstelle der Sperrklappe befestigt sein. Bei manchen Dichtungsanwendungen können fortgeschrittene deformierbare hitzebeständige Materialien in an<derer Form als Bienenwabenstruktur sich als zulässig erweisen und die Betätigung der Verkleidung nach den Figuren 7» 8 und 9 kann ggf. weggelassen werden.
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Claims (1)

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    Patentansprüche
    /1J Umlenkventil für die Auslaßdüse eines Gasturbinentriebwerkes mit einem Strömungspfad, der einen Einlaß und mindestens zwei Auslaßöffnungen aufweist, zur selektiven Richtung des Stroms des Antriebsmittels durch eine dieser Düsenauslaßöffnungen und zur verbesserten Abdichtung zur Verhinderung des Stroms des Strömungsmittels durch die andere Auslaßöffnung, gekennzeichnet durch, mindestens eine Sperreinrichtung (44, 46), die innerhalb der Düse (10) angeordnet ist,
    ein Stellglied (30) und
    eine Gestängeeinrichtung (48) zur antriebsmäßigen oder arbeitsmäßigen Verbindung des Stellgliedes (30) mit der Sperreinrichtung (44, 46), wobei das Stellglied (30) und die Gestängeeinrichtung (48) zusammenwirkend zur Bewegung der Sperreinrichtung zwischen einer Vielzahl von vorgegebenen Stellungen im Innern der Düse (10) ausgelegt sind, wobei das Umlenkventil (28) weiterhin eine Abdichteinrichtung (90, 92, 94) besitzt, die zwischen der Sperreinrichtung (44) und dem ersten Düsenauslaß (14) angeordnet ist zur Verhinderung eines Strömungsmittelstroms durch dieselbe, wenn sich die Sperreinrichtung (44, 46) in einer ersten vorgegebenen Stellung befindet, wobei die Gestängeeinrichtung eine Einrichtung zum Zurückziehen der Sperreinrichtung (44, 46) zwischen der ersten vorgegebenen Stellung und einer zweiten vorgegebenen Stellung besitzt, in welcher die Dichtung (94) außer Eingriff ist und hierdurch ein gleitender Reibungskontakt zwischen der Sperreinrichtung (44, 46) und dem ersten Düsenauslaß (14) während der Bewegung der Sperreinrichtung (44, 46) zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten vorgegebenen Stellung verhinderbar ist.
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    7. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Sperrklappe (46) mit der ersten Sperrklappe zusammen den Strom von Strömungsmittel durch die zweite Düsenauslaßöffnung (16) verhindert, wenn die erste und zweite Sperrklappe in ihrer dritten bzw. zweiten vorgegebenen Stellung befindlich sind.
    8. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängeeinrichtung (48) weiterhin eine zweite Dreheinrichtung zur Drehung der zweiten Sperrklappe (46) zwischen ihrer ersten und zweiten vorbestimmten Stellung besitzt.
    9. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Sperrklappe (iI1Ij 46) praktisch gleichzeitig bewegbar sind.
    10. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Düsenauslaßöffnung einen Einlaß zu einer Düse mit Ausrichtung des Schubs umfaßt.
    11. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtung (94) kontinuierlich und an die erste Sperrklappe und die erste Düsenauslaßöffnung (14) anschmiegbar ist.
    12. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die kontinuierlich anschmiegbare Dichtung (9*0 an der ersten Sperrklappe (44)
    befestigt ist.
    13. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Gestängeeinrichtung (48) umfaßt:
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    einen Exzenter (76) mit einer gegenüber der Düse (10) festgelegten Drehachse (78)3
    einen ersten Sperrhebel (68), der starr mit der ersten Sperrklappe (1IiI) und antriebsmäßig mit dem Exzenter (76) an einem Punkt verbunden ist, der radial von der Drehachse des Exzenters (76) versetzt ist, wobei der erste Sperrhebel (68) um den Verbindungspunkt mit dem Exzenter (76) schwenkbar ist, einen zweiten Sperrhebel (70), der starr mit der zweiten Sperrklappe (1J6) verbunden ist,
    einen Winkelhebel (50), der antriebsmäßig mit dem Betätigungs arm (1IO) verbunden ist und eine Drehachse (5*0 besitzt, die relativ zur Düse festgelegt ist, so daß die Translationsbewegung des Stellarms (1IO) in eine Drehbewegung des Winkelhebels (50) um die Achse (5^) umsetzbar ist, ein erstes Gestänge (56), das antriebsmäßig mit dem Winkelhebel (50) und mit dem ersten Sperrhebel (68) verbunden ist, ein zweites Gestänge (58), das antriebsmäßig den Winkelhebel und den zweiten Sperrhebel (70) verbindet und ein drittes Gestänge (60), das antriebsmäßig den Winkelhebel (50) und den Exzenter (76) verbindet, wobei der Verbindungspunkt (80) mit dem Exzenter praktisch radial mit der Drehachse (78) des Exzenters (76) und dem Verbindungspunkt des ersten Sperrhebels ausgerichtet ist und sich radial außerhalb dieses Verbindungspunktes des ersten Sperrhebels befindet, so daß durch eine erste vorgegebene Drehbewegung des Winkelhebels (50) um seine Drehachse Im Zusammenwirken mit dem ersten und zweiten Gestänge (56, 58), welche damit antriebsmäßig verbunden sind, eine Drehung des Exzenters (76) und eine kompensierende Gegen drehung des ersten Sperrhebels (68) um ihre jeweiligen Achsen erzeugbar ist, so daß die kompensierenden Drehbewegungen in eine praktisch translatorische Bewegung in dem ersten Sperrhebel umwandelbar sind, wodurch eine Hebung der ersten Sperrklappe (1I1I) radial nach innen von ihrer ersten in ihre zweite vorgegebene Stellung bewirkt 1st, und durch eine zweite vorgegebene Drehbewegung des Winkelhebels im Zusammenhang mit den mit ihm antriebsmäßig verbundenen ersten, zweiten und
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    dritten Gestängen (56, 58, 60) eine Umkehrung der Drehrichtung des Exzenters und des ersten Sperrhebels erzeugbar ist und eine Drehung der ersten und zweiten Sperrklappe (44, 46) in ihre dritte bzw. zweite vorgegebene Stellung erzeugbar ist.
    . Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Gestängeeinrichtung umfaßt:
    einen Exzenter (76) mit einer gegenüber der Düse (10) festgelegten Drehachse,
    einen Sperrhebel, der starr mit der Sperrklappe und antriebsmäßig mit dem Exzenter an einem Punkt verbunden ist, der radial von der Drehachse des Exzenters versetzt ist, wobei der Sperrhebel um den Verbindungspunkt mit dem Exzenter schwenkbar ist,
    einen Winkelhebel, der antriebsmäßig mit dem Betätigungsarm verbunden ist und eine Drehachse besitzt, die relativ zur Düse festgelegt ist, so daß die Translationsbewegung des Betätigungsarms in eine Drehbewegung des Winkelhebels um die Achse umsetzbar ist,
    ein erstes Gestänge, das antriebsmäßig den Winkelhebel und den Sperrhebel verbindet,
    ein zweites Gestänge, das antriebsmäßig den Winkelhebel und den Exzenter zur Drehung desselben um seine Drehachse verbindet, so daß durch eine erste vorgegebene Drehbewegung des Winkelhebels um seine Drehachse im Zusammenwirken mit dem ersten und zweiten Gestänge, die damit antriebsmäßig verbunden sind, eine Drehung des Exzenters und eine kompensierende Gegendrehung des Sperrhebels um ihre jeweiligen Achsen erzeugbar ist und dadurch ein radiales Abheben der Sperrklappe: nach innen von ihrer ersten in ihre zweite vorgegebene Stellung erzeugbar ist, und eine zweite vorgegebene Drehung des Winkelhebels um seine Drehachse im Zusammenwirken mit dem ersten und zweiten Gestänge eine Umkehrung der Drehrichtung des Exzenters bewirkt, der sich damit in der gleichen Richtung wie der Sperrhebel dreht zur Drehung der Sperrklappe
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    In Ihre dritte vorgegebene Stellung, wodurch der Strom des Strömungsmittels durch die zweite Auslaßdüsenöf fnuner verhindert ist.
    . Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch H , dadurch gekennzeichnet , daß die Gestängeeinrichtung enthält:
    eine Betätigungsarmverlängerung, die mit dem Betätigungsarm antriebsmäßig verbunden ist,
    eine erste, praktisch axial orientierte Bahn (402), die zur Führung der Verlängerung des Betätigungsarms in einer Gleitbewegung eingerichtet ist,
    einen Exzenter mit einer bezüglich der Düse festen Drehachse, einen starr mit der Sperrklappe verbundenen Sperrhebel, der noch antriebsmäßig mit dem Exzenter an einem Punkt verbunden ist, der radial gegenüber der Drehachse des Exzenters versetzt ist, wobei der Sperrhebel um diesen Verbindungspunkt mit dem Exzenter schwenkbar ist,
    ein erstes Gestänge zur antriebsmäßigen Verbindung der Verlängerung des Betätigungsarms und des Sperrhebels zur Umwandlung der Gleitbewegung der Verlängerung des Betätigungsarms in eine Drehbewegung des Sperrhebels um seinen Verbindungspunkt mit dem Exzenter,
    ein zweites Gestänge zur Verbindung der Verlängerung des Betätigungsarms mit dem Exzenter zur Drehung desselben um seine Drehachse, so daß
    durch eine erste vorgegebene Verschiebung der Verlängerung des Betätigungsarms entlang der ersten Bahn im Zusammenwirken mit dem damit verbundenen ersten und zweiten Gestänge eine Drehung des Exzenters und eine kompensierende Gegendrehung des Sperrhebels um ihre jeweiligen Achsen erzeugt wird und dadurch ein Abheben der Sperrklappe radial nach innen von ihrer ersten in Ihre zweite vorgegebene Stellung bewirkt ist, und
    eine weitere zweite vorgegebene Verschiebung der Verlängerung des Betätigungsarms entlang der ersten Bahn eine Drehung der
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    Sperrklappe durch den Exzenter und den Sperrhebel aus ihrer zweiten in ihre dritte vorgegebene Stellung bewirkt wird.
    16. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Auslaßdüsenöffnung enthält:
    ein praktisch starres zylindrisches Düsengehäuse und eine thermische Auskleidung (300), deren Lage zu dem Düeengehäuse einstellbar ist und die koaxial in demselben angeordnet ist.
    17. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet , daß die thermische Auskleidung (300) axial bezüglich des Düsengehäuses einstellbar ist.
    18. VerbessertesUmlenkventil nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet , daß die thermische Auskleidung (300) in einer ersten axial vorn gelegenen Betriebsstellung benachbart zur Sperrklappe (3^) ist; wenn sich die Sperrklappe in ihrer ersten vorgegebenen Stellung befindet.
    19. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß sich die thermische Auskleidung in einer zweiten, gegenüber der ersten axial versetzten Betriebslage und entfernt von der Sperrklappe befindet, wenn sich diese Sperrklappe in ihrer dritten Betriebs stellung befindet.
    20. Verbessertes Umlenkventil nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet , daß das Gestänge weiterhin enthält:
    ein Gleitstück, das mit der thermischen Auskleidung (300) ver bunden ist,
    eine zweite, praktisch axial orientierte Bahn, die mit der • Auslaßdüse verbunden und zur Aufnahme des Gleitstückes in einer gleitenden Bewegung eingerichtet ist, ein drittes Gestänge, das antriebsmäßig die Verlängerung des
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    Betätigungsarms und das Gleitstück so verbindet, daß die Gleitbewegung des Betätigungsarms auf das Gleitstück übertragen wird und dadurch die thermische Auskleidung zwischen ihrer ersten und ihrer zweiten Betriebslage eingestellt wird.
    21. Verfahren zum Betrieb eines Gastriebwerkes, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    die Lage einer ersten Sperreinrichtung wird zwischen einer ersten vorgegebenen Stellung in einer Auslaßdüse, in welcher die Sperreinrichtung mit einer Dichtung und einer ersten Düsen auslaßöffnung zusammenwirkt zur Verhinderung des Strömungsmitte ldurchflusses , und einer Vielzahl von anderen vorgegebenen Stellungen eingestellt zur Umlenkung des Antriebsmittels von der ersten Düsenauslaßöffnung zu einer zweiten Düsenauslaßöffnung, und dann
    wird die erste Sperreinrichtung von der ersten vorgegebenen Stellung in eine zweite vorgegebene Stellung gezogen, wodurch die Dichtung ohne Reibung außer Eingriff gebracht wird und dadurch ein gleitender Reibungskontakt zwischen der Sperreinrichtung und der ersten Düsenauslaßöffnung während der Bewegung der Sperreinrichtung von ihrer ersten in ihre zweite Stellung beseitigt wird.
    22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung eine Sperrklappe ist und in einem weiteren Verfahrensschritt die erste Sperrklappe zwischen der zweiten vorgegebenen Stellung und einer dritten vorgegebenen Stellung gedreht wird und dadurch der Strömungsmittelstrom durch die erste Düsenauslaßöffnung gerichtet wird.
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    23· Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt der Drehung einer zweiten Sperrklappe zwischen einer ersten vorgegebenen Stellung und einer zweiten vorgegebenen Stellung in einer solchen Weise, daß sie mit der ersten Sperrklappe in deren dritter vorgegebener Stellung zusammenwirkt zur Verhinderung von Strömungsmitteldurchfluß durch die zweite Düsenauslaßöffnung.
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DE19752546977 1974-10-23 1975-10-21 Umleitventil fuer auslassduese eines gasturbinentriebwerkes und verfahren zum betrieb desselben Pending DE2546977A1 (de)

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IT1044646B (it) 1980-04-21
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