DE2740904A1

DE2740904A1 - Vorrichtung zur betaetigung von absperrorganen in gasturbinentriebwerken, insbesondere gasturbinenstrahltriebwerken

Info

Publication number: DE2740904A1
Application number: DE19772740904
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Weiler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1977-09-10
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1979-03-22
Also published as: GB2003988A; US4390318A; FR2402772B3; GB2003988B; FR2402772A1; US4253797A

Description

27A0904

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 5. September 1977

Vorrichtung zur Betätigung von Absperrorganen in Gasturbinentriebwerken, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerken

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Betätigung von Absperrorganen in Gasturbinentriebwerken, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerken, bei der eine in Umfangsrichtung erfolgende Verdrehung eines Verstellringes unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern in eine axial gerichtete öffnungs- oder Schließbewegung umwandelbar ist.

Eine derartige Vorrichtung kann z.B. bei Turbinenstrahltriebwerken mit variablem Kreisprozeß eingesetzt werden. Turbinenstrahltriebwerke mit variablem Kreisprozeß sind dadurch gekennzeichnet, daß deren Schub- und Verbrauchscharakteristik in einem bestimmten Bereich verändert werden kann. Die Veränderung dieser Charakteristiken erfolgt zum Teil durch die Veränderung der Massenströme im Triebwerk, z.B.

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durch eine Veränderung der Aufteilung des Massenstroms hinter dem Niederdruckverdichter in Kern- und Mantelstrom mittels eines verstellbaren Strömungsteilers, zum Teil durch eine Verstellung regelbarer Verdichter- und Turbinenleiträder, ferner durch Zu- bzw. Abschalten von Luftströmen. Mit der letztgenannten Maßnahme kann z.B. Luft aus dem Kerntriebwerk abgeblasen und in den Mantelstrom geleitet werden oder die Menge der Nachbrennerkühlluft beeinflußt werden.

Derartige Absperrorgane müssen häufig in Triebwerksbereichen angeordnet werden, wo wenig Platz für deren Betätigung zur Verfügung steht, wo insbesondere keine größeren Verstellelemente, z.B. Verstellringe axial bewegt werden können. Erschwerend kommt häufig hinzu, daß mehere derartiger Organe gleichzeitig miteinander betätigt werden müssen. Bei allen Ausführungen steht ferner das Problem an, daß durch die Betätigung der genannten Absperrorgane der Außendurchmesser des Triebwerks gegenüber einem äquivalenten Triebwerk mit festem Kreisprozeß möglichst nicht vergrößert werden sollte, daß ferner die Strömung im Mantelstromkanal durch störende Einbauten möglichst wenig beeinflußt werden sollte.

Im Rahmen des angesprochenen Problemkreises hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine verhältnismäßig einfach aufgebaute, raumsparend unterbringbare Betätigungsvorrichtung zu schaffen.

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Ausgehend von einer Vorrichtung nach der eingangs genannten Art, sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe hauptsächlich vor, daß die Übertragungsglieder als Kniehebel ausgebildet sind, welche im Kniebereich an einem ortsfesten Gehäuseabschnitt des Triebwerks schwenkbar gelagert sind, wobei ein freies Schenkelende jedes Kniehebels mit dem Verstellring, ein anderes freies Schenkelende jedes Kniehebels mit einer Zugstange gelenkig gekoppelt ist, die an mindestens ein axial verschiebbar angeordnetes Absperrorgan bzw. an ein axial verstellbares Absperrglied desselben angreift.

Im Rahmen weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich dann unter anderem

gleichsinnige Bewegungsrichtungen der Absperrorgane mit unterschiedlichen Verstellweglängen (Hubhöhen) derselben oder

gleichzeitig einander entgegengerichtete Verstellbewegungen der Absperrorgane mit gleichen Verstellweglängen (Hubhöhen) derselben oder

- gleichzeitig einander entgegengerichtete Verstellbewegungen der Absperrorgane mit unterschiedlichen Verstellweglängen (Hubhöhen) derselben.

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Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigen:

Fig. 1 den Mittellängsschnitt eines zur Kerntriebwerkseinheit gehörigen vorderen Axialverdichterabschnitts nebst Partien des Mantelstromkanals eines Gasturbinenstrahltriebwerks unter Zuordnung einer im Zwischenraum zwischen Axialverdichter und Mantelstromkanal liegenden Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 die Fortsetzung des unter Fig. 1 angegebenen Triebwerkslängsschnitts einschließlich der zwischen Axialverdichter und Mantelstromkanal angeordneten Vorrichtung,

Fig. 3 die Draufsicht schematisch dargestellter

Einzelheiten einer ersten, auf Fig. 1 und 2 anwendbaren Ausführungsform der Vorrichtung,

Fig. 4 die Draufsicht schematisch dargestellter Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung und

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Fig. 5 die Draufsicht schematisch dargestellter Einzelheiten einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 und 2 veranschaulichen einen mehrstufigen Axialverdichter eines Gasturbinenstrahltriebwerks, der unter anderem durch verstellbare Leitschaufeln 1, 2, 3 regelbar ist, wobei übrige feste Leitschaufeln durch die Bezugszeichen 4, 5 und 6 gekennzeichnet sind. Die Laufschaufeln dieses Axialverdichters sind von Fig. 1 nach Fig. 2 der Reihe nach mit 7, 8, 9, 10, 11 und 12 bezeichnet.

In Fig. 1 und 2 ist weiter die innere Bewandung 13 eines koaxial zur Kerntriebwerkseinheit verlaufenden, äußeren Mantelstromkanals 14 für den Sekundärkreis des Triebwerks angedeutet, in welchen ein in den Zeichnungen nicht weiter dargestelltes Frontgebläse des Triebwerks fördert.

Im wesentlichen zwischen der inneren Bewandung 13 des Mantelstromkanals 14 und äußeren Gehäusestrukturbauteilen des Axialverdichters ist eine erfindungsgemäße Variante der Vorrichtung untergebracht, wie sie im Sinne der Fig. 3 schematisch wiedergegeben ist, wobei für die erste Variante der Vorrichtung nach den Fig. 1, 2 und 3 gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

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Gemäß Fig. 3 wird das zur Betätigung der Vorrichtung erforderliche Verstellmoment über mindestens eine durch den Mantelstromkanal 14 hindurchgeführte, in einem nicht weiter dargestellten Gehäuseabsatzstück der Bewandung 13 verdrehbar gelagerte Steckwelle 15 auf einen Hebel 16 übertragen, der an einem in Umfangsrichtung verdrehbar angeordneten Verstellring 17 angelenkt ist.

Weiter sind Kniehebel 18 vorgesehen, die im Kniebereich, hier also im Punkte 19 (Fig. 3) an einem Gehäusevorsprung 20 eines ortsfesten Gehäuseabschnitts 21 (Fig. 2) schwenkbar gelagert sind. Ein freies Schenkelende des Kniehebels 18 ist mit dem Verstellring 17 im Punkte 22, das andere freie Schenkelende des Kniehebels 18 mit einer Zugstange 23 gelenkig gekoppelt (Anlenkpunkt 24).

An beiden Enden ist die Zugstange 23 über nach innen abgekröpfte Halterungen 25, 26 (Fig. 1 und 2) mit einem ersten und einem zweiten Absperrorgan 27 bzw. 28 verbunden.

Bei den Absperrorganen 27 bzw. 28 handelt es sich um koaxial zur Verdichterachse angeordnete,axial verschiebbare Ventilringe 29 bzw. 30 mit an deren einen Ende 30 bzw. 31 angeordneten Ventilkegeln, die zum Absperren bzw. öffnen von Gehäusekammern 32, 33 mit dazu korrespondierenden Ventilkegelenden 34, 35

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am Verdichteraußengehäuse zusammenwirken. Die Gehäusekammern 32, 33 sind über die öffnungen 36, 37 mit dem Ringkanal 38 des AxialVerdichters verbunden.

Mit dieser Vorrichtung lassen sich somit bei gleichsinniger, gleichzeitig erfolgender Bewegungsrichtung der Absperrorgane 27, 28 bzw. der Ventilringe 29, 30 jeweils gleiche Hubhöhen 5 (Fig. 3) der Ventile einstellen, bzw. sind die zwischen den Ventilkegelenden 30, 34 und 31, 35 erzielbaren Durchströmquerschnitte gleichzeitig gänzlich absperrbar (Fig. 1 und 2).

Gemäß Fig. 1 und 2 sind die Ventilringe 29, 30 mit Dichtungsringen 39, 40 versehen, die in sämtlichen Stellungen der Absperrorgane 27, 28 an der oberen Wand der Gehäusekammer 32 bzw. an der Innenfläche eines GehäusevorSprunges 41 am ortsfesten Gehäuseabschnitt 21 dichtend zur Anlage gebracht sind.

Bei mittels der Absperrorgange 27, 28 gleichzeitig geöffneten Ventilen strömt somit einerseits ein Verdichterluftanteil aus dem Ringkanal 38 über die öffnung 36 in die Gehäusekammer 32 und von dort über den von den beiden Ventilkegelenden 30, 34 freigegebenen Durchströmquerschnitt sowie eine Kammeröffnung 42 in den Ringraum 43, der über hier nicht weiter dargestellte Einrichtungen mit dem Mantelstromkanl 14 in Verbindung steht. Andererseits strömt hierbei ein Verdichter-

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luftanteil aus dem Ringkanal 38 des Axialverdichters über die öffnung 37 in die weitere Gehäusekammer 33 und von dort über den von den beiden Ventilkegelenden 31, 35 freigegebenen Durchströmquerschnitt sowie einet weiteren Ringraum 44 sowie eine öffnung 45 im Gehäuseabschnitt 21 in den Ringraum 43 ab, der mit dem Mantelstromkanal 14 in Verbindung steht.

Die Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichen somit eine Möglichkeit der Verdichterregelung durch Leitschaufelverstellung und Verdichterluftabblasung.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für im wesentlichen gegenüber Fig. 1, 2 und 4 unveränderte Bauteile veranschaulicht Fig. 4 eine Ausführungsalternative der Vorrichtung, bei der das erste und das zweite Absperrorgan 27, 28 mit zugehörigen ersten und zweiten Zugstangen 46, 47 verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Zugstangen 46, 47 jeweils auf der dem zugehörigen Absperrorgan 27, 28 abgewandten Seite an verschiedenen Punkten 48, 49 jeweils eines Schenkels 50 des Kniehebels 18 in der Weise angelenkt sind, daß sich bei gleichzeitig gleichsinniger Bewegungsrichtung der Absperrorgane 27, 28 unterschiedliche Verstellweglängen bzw. Hubhöhen S₁, S₂ der beiden Ventile ergeben.

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Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsalternative, bei der der mindestens eine im Punkte 51 am Gehäuse schwenkbar gelagerte Kniehebel 52 jeweils neben einem in den Verstellring 17 eingreifenden Schenkel 53 zwei weitere, dem Kniehebeldrehpunkt 51 gegenüberliegende Schenkel 54, 55 unterschiedlicher Länge aufweist, wodurch sich Anlenkpunkte 56, 57 für die Zugstangen 46, 47 erzielen lassen, die gegenüber dem Kniehebeldrehpunkt voneinander abweichend beabstandet sind.

Auf diese Weise lassen sich bei gleichzeitig einander entgegengerichtet verlaufender Bewegungsrichtung (B-B¹ oder C-C) der beiden Absperrorgane 27, 28 unterschiedliche Verstellweglängen bzw. Hubhöhen S₁, S- erzielen.

Im übrigen wäre eine Abwandlung der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung dahingehend verstellbar, daß die dem Drehpunkt 51 gegenüberliegenden beiden Schenkel des Kniehebels gleich lang sind und somit die Anlenkpunkte 56, 57 der beiden Zugstangen 46, 47 im jeweils gleichen Abstande zum Drehpunkt 51 an den beiden Schenkeln angeordnet sein könnten.

Hierdurch wäre es möglich, bei gleichzeitig einander entgegengerichteten Bewegungsrichtungen (B-B' oder C-C') der Absperrorgane 27, 28 jeweils beidseitig gleiche Hubhöhen zu erzielen.

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Bezüglich der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 5 sei vermerkt, daß es zwecks gleichmäßiger Übertragung des Verstellmomentes auf die Absperrorgane sowie auch zwecks Verhinderung des Verkantens oder Verklemmens der Absperrorgane bzw. Ventilringe bei der Verstellung zweckmäßig ist, das insgesamt erforderliche Verstellmoment über mindestens zwei am Verdichterumfang einander gegenüberliegende Steckwellen auf die mit diesen gekoppelten Hebel zu übertragen sowie hierzu mehrere Kniehebel mit an diesen angelenkten Zugstangen vorzusehen, und zwar in möglichst gleichförmig über den entsprechenden Gehäuseumfang verteilter Anordnung.

Anstelle der vorstehend beispielhaft aufgezeigten Absperrorgane schließt die Erfindung anderweitige Absperrorgane, die anhand der Erfindung steuerbar wären, selbstverständlich mit ein. So z.B. als Strömungsteiler in Strahltriebwerken vorgesehene Absperrklappen, die u.a. synchron, jedoch unterschiedliche Strömungsquerschnitte zu verschließen bzw. freizugeben hätten, bzw. unterschiedliche Massenströme verschiedenen Triebwerkskreisen zuzuführen hätten. Für gleiche oder ähnliche Funktionen könnten z.B. auch mehrere Absperrschieber im erfindungsgemäßen Sinne betätigt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Betätigung von Absperrorganen in Gasturbinentriebwerken, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerken, bei der eine in Umfangsrichtung erfolgende Verdrehung eines Verstellringes unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern in eine axial gerichtete Öffnungsoder Schließbewegung umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsglieder als Kniehebel (18) ausgebildet sind, welche im Kniebereich an einem ortsfesten Gehäuseabschnitt des Triebwerks schwenkbar gelagert sind, wobei ein freies Schenkelende jedes Kniehebels mit dem Verstellring (17), ein anderes freies Schenkelende jedes Kniehebels mit einer Zugstange (23) gelenkig gekoppelt ist, die an mindestens ein axial verschiebbar angeordnetes Absperrorgan (27, 28), bzw. an ein axial verstellbares Absperrglied desselben angreift.

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (27) und ein zweites Absperrorgan (28) mit zugehörigen ersten (46) und zweiten Zugstangen (47) verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Zugstangen jeweils auf der dem zugehörigen Absperrorgan abgewandten Seite an verschiedenen Punkten (48, 49) jeweils eines Schenkels (50) der Kniehebel (28) in der Weise angelenkt sind, daß sich bei gleichsinniger Bewegungsrichtung der Absperrorgane unterschiedliche Verstellweglängen bzw. Hubhöhen (S₁, S₃) für die Absperrorgane ergeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gleichzeitig einander entgegengerichtet verlaufende Verstellbewegung eines ersten (27) und zweiten Absperrorgans (28), indem die gehäusefest gelagerten Kniehebel (52) jeweils neben einem in den Verstellring (17) eingreifenden Schenkel (53) zwei weitere dem Kniehebeldrehpunkt (51) gegenüberliegende Schenkel (54, 55) aufweisen, wobei der eine (54) dieser beiden Schenkel mit der an das erste Absperrorgan (27) angreifenden Zugstange (46), der andere (55) dieser beiden Schenkel mit der an das zweite Absperrorgan (28) angreifenden Zugstange (47) gelenkig gekoppelt ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine gleichzeitig einander entgegengerichtet verlaufende Verstellbewegung bei unterschiedlichen Verstellweglängen bzw. Hubhöhen (S₁, S₂) der Absperrorgane (27, 28), indem die dem Kniehebeldrehpunkt (51) gegenüberliegenden beiden Schenkel (54, 55) unterschiedliche Längen, und damit voneinander abweichend gegenüber dem Kniehebeldrehpunkt beabstandete Anlenkpunkte (56, 57) für die Zugstangen (46, 47) aufweisen.

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