DE2834860A1

DE2834860A1 - Verstellbarer stroemungsteiler fuer stroemungsmaschinen, insbesondere gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE2834860A1
Application number: DE19782834860
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Weiler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1978-08-09
Filing date: 1978-08-09
Publication date: 1980-03-13
Also published as: US4261686A; FR2433110A1; FR2433110B3; GB2027813B; GB2027813A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 1. August 1978

Verstellbarer Strömungsteiler, für Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf einen verstellbaren Strömungsteiler für Strömungsmaschinen, insbesondere·Gasturbinenstrahltriebwerke , der aus mehreren an einem stationären Gehäuseabschnitt stirnseitig um quer zur Triebwerksachse verlaufende Drehachsen verschwenkbaren Klappen besteht.

Strahltriebwerke mit variablem Kreisprozeß sind dadurch gekennzeichnet, daß deren Schub- und Verbrauchscharakteristik in ' einem bestimmten Bereich verändert werden kann. Die Veränderung der Triebwerkscharakteristiken erfolgt dabei durch die Variation der Massenströme innerhalb des Triebwerks, was zum Teil durch die Verstellung von regelbaren Verdichter- und Turbinenleitgittern erfolgt, zum Teil auch durch Zu- und Abschalten von Luftströmen, z.B. abschaltbare Nachbrennerkühlluftentnahme aus dem Verdichter, bewerkstelligt wird.

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Allen derartigen Triebwerken ist jedoch eine veränderbare Aufteilung des Massenstroms hinter dem Niederdruckverdichter auf Kern- und Mantelstrom durch einen verstellbaren Strömungsteiler gemeinsam.

Bevorzugt soll hierbei der Strömungsteiler bei zweiwelligen Triebwerken im Bereich des Verdichterzwischengehäuses, bei dreiwelligen im Bereich des Mitteldruckverdichters angeordnet sein.

Es bereitet dabei nicht unerhebliche technische Schwierigkeiten, den Strömungsteiler einschließlich dessen Verstellmechanismus so auszubilden bzw. so zwischen dem Kern- und Mantelstromkanal des Triebwerks anzuordnen, daß möglichst keine Vergrößerung des Triebwerksaußendurchmessers gegenüber einem äquivalenten Triebwerk mit festem Kreisprozeß erforderlich ist, und daß weiter keine die Strömung im Kern- und Mantelstromakanal beeinflussende zusätzliche Einbauten erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geannten Schwierigkeiten zu.beseitigen und einen Strömungsteiler nebst Verstellmitteln zu schaffen, der sich in möglichst flach bauender Weise sowie aerodynamisch günstig zwischen einem ersten und einem koaxial dazu verlaufenden zweiten Strömungskanal,, vorzugsweise zwischen dem Kern- und dem Mantelstromkanal des Triebwerks, unterbringen läßt.

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Weiterhin soll eine mit verhältnismäßig geringen Verstellkräften auskommende Betätigung des Strömungsteilers ermöglicht werden.

Ferner soll sich der Strömungsteiler nebst Verstellmitteln durch ein verhältnismäßig geringes Gewicht auszeichnen.

Aufgabengemäß soll dann weiter eine möglichst rotationssymmetrische gleichförmige Aufteilung des betreffenden Massenstromes sowie eine einwandfreie Abdichtung zwischen dem Kern- und Mantelstromkanal in der Absperrstellung der Klappen des Strömungsteilers erzielbar sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es erfindungsgemäß hauptsächlich vorgesehen, daß der Strömungsteiler ein aus Hauptklappen und mit diesen gleichzeitig verschwenkbaren Nebenklappen gebildeter Klappenverband ist, dessen Verstellmittel im wesentlichen innerhalb eines stationären Gehäuseringraums angeordnet sind, der zwischen einem inneren und einem äußeren ringförmigen Strömungskanal des Triebwerks liegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Patentansprüchen 2 und 3 hervor.

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

Fig. 1 einen Axialschnitt eines mit einem Strömungsteiler nach der Erfindung versehenen Triebwerksabschnitts und

Fig. 2 den in die Zeichenebene abgewickelten Schnitt A-A gemäß Fig. 1 .

Die Fig. 1 und 2 verkörpern den Erfindungsgegenstand z.B. bei einem zweiwelligen Triebwerk mit variablem Kreisprozeß, bei der der im wesentlichen aus schwenkbaren Hauptklappen 1 und Nebenklappen 2 bestehende Strömungsteiler 3 am Verdichterzwischengehäuse 4 angeordnet ist, wobei die Drehachse einer Hauptklappe 1 (Fig. 1) mit 5 bezeichnet ist. Wie bei Verstellschubdüsen für Gasturbinentriebwerke bekannt, bilden die Haupt- und die Nebenklappen 1 und 2 einen in ümfangsrichtung in sich geschlossenen Klappenverband, wobei jeweils zwischen zwei Hauptklappen 1 eine Nebenklappe 2 liegt,_ die bei einer Verstellbewegung der Hauptklappen 1 gleichzeitig von diesen mitgenommen und mit verschwenkt wird. Die Nebenklappen 2 sind mit keilförmigen Klappenabschnitten 6 versehen, die in allen Stellungen des Strömungsteilers 3 unter die seitlich angrenzenden Flächen der Hauptklappen 1 greifen.

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In Fig. 1 ist weiter ein innerer ringförmiger Strömungskanal für den Kernstrom mit 7 und ein äußerer ringförmiger Strömungskanal für den Mantelstrom mit 8 bezeichnet.

Der in den Zeichnungen dargestellte Strömungsteiler 3 ermöglicht somit beispielsweise eine veränderbare Aufteilung des von einem nicht weiter dargestellten Niederdruckverdichter geförderten Massenstromes auf den Kern- und Mantelstrom, wobei der zur Führung des Mantelstroms dienende äußere ringförmige Strömungskanal 8 im Bedarfsfalle gänzlich absperrbar ist, wie dies in Fig. 1 durch die strich-punktiert wiedergegebene Endstellung einer Hauptklappe 1 des Strömungsteilers beispielhaft wiedergegeben ist» Jn dieser Absperrstellung liegen somit sämtliche oberen Stirnenden der Haupt- und Nebenklappen 1,2 an der äußeren Kanalwand 9 an.

Die innere Kanalwand für den äußeren ringförmigen Strömungskanal 8 ist in Fig. 1 mit 10 bezeichnet.

Das Verdichterzwischengehäuse 4 und die innere Kanalwand 10 schließen sich im wesentlichen mit den oberen und unteren Wandpartien der Haupt- und Nebenklappen 1, 2 kontinuierlich fluchtend an den Strömungsteiler 3 an, wobei der wesentliche Teil vom Verstellmechanismus des Strömüngsteilers 3 innerhalb eines von der Kanalwand 10 und dem Verdichterzwischengehäuse 4 umschlossenen Ringraums 11 liegt.

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Mit 12 und 13 sind in Fig. 1 beiderseits des Ringraums in einer gemeinsamen Radialebene liegende, die Ringkanäle 7, durchragende Stützschaufeln bezeichnet.

Für die Verstellung des Strömungsteilers 3 ist an jeder Hauptklappe 1 ein Zugstab 14 gegenüber der Klappendrehachse 5 radial beabstandet angelenkt, der an seinem anderen Ende mit dem ersten Schenkel 15 eines Winkelhebels 16 gelenkig verbunden ist, dessen knieseitiger unveränderlxcher Drehpunkt 17 innerhalb des Gehäuseringraums 11 liegt und dessen zweiter Schenkel 18 mit einem koaxial zur Triebwerksachse innerhalb des Ringraums angeordneten Verstellring 19 gelenkig verbunden ist, an welchen mindestens zwei umfangsseitig gleichförmig untereinander beabstandete, innerhalb des Ringraums schwenkbar angeordnete Hebel 20 angelenkt sind, auf welche das erforderliche Verstellmoment jeweils mittels einer Steckwelle 21 übertragbar ist.

Vorteilhafterweise können zwei derartige Steckwellen 21 vorgesehen sein, die sich mit den jeweiligen Hebeldrehpunkten am Triebwerk bzw. am Zwischengehäuse 4 einander genau gegenüberliegen und durch die hohlen Stützschaufeln 13 hindurchgeführt sind.

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Die beiden. Steckwellen 21 können mit einer außerhalb der äußeren Kanalwand 9 oder gegebenenfalls innerhalb des äußeren Ringkanals 8 liegenden Antriebseinheit in Verbindung stehen.

Der Erfindungsgegenstand ist sinngemäß bei zwei- oder mehrkreisigen Strahltriebwerkskonfigurationen anwendbar, die unter den Gattungsbegriff sogenannter "Wandeltriebwerke" fallen, wobei mindestens ein im erfindungsgemäßen Sinne ausgebildeter Strömungsteiler vorgesehen sein könnte, um eine veränderbare Aufteilung eines z.B. vom Grundtriebwerk geförderten Abgasstromes auf zwei oder mehrere mechanisch voneinander unabhängige Turbinen zu gewährleisten» Neben einer veränderbaren Aufteilung des Abgasmassenstroms könnte z.B. anhand des Strömungsteilers nach der Erfindung die Gaszufuhr zu einer ersten Turbine gänzlich abgesperrt werden bei gleichzeitiger Freigabe des gesamten Abgasstromes zwecks ausschließlicher Gasbeaufschlagung einer der ersten benachbarten zweiten Turbine.

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Claims

motoren- und

MÜNCHEN GMBH
sr/sd

München, den 1. August 1978

Patentansprüche

Verstellbarer Strömungsteiler für Strömungsmaschinen,· insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke,, der aus mehreren an einem stationären Gehäuseabschnitt stirnseitig um quer zur Triebwerksachse verlaufende Drehachsen verschwenkbaren Klappen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler ein aus Hauptklappen (1) und mit diesen gleichzeitig verschwenkbarer Nebenklappen (2) gebildeter Klappenverband ist, dessen Verstellmittel im wesentlichen innerhalb eines stationären Gehäuseringraums (11) angeordnet sind, der zwischen einem inneren (7) und einem äußeren ringförmigen Strömungskanal (8) des Triebwerks liegt.
2. Strömungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Hauptklappe (t) ein Zugstab (14) gegenüber der Klappendrehachse (5) radial beabstandet angelenkt

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ist, der an seinem anderen Ende mit dem ersten Schenkel (15) eines Winkelhebels (16) gelenkig verbunden ist, dessen knieseitiger unveränderlicher Drehpunkt (17) innerhalb des Gehäusringraums (11) liegt und dessen zweiter Schenkel (18) mit einem koaxial zur Triebwerksachse innerhalb des Ringraums angeordneten Verstellring (19) gelenkig verbunden ist, an welchen mindestens zwei umfangsseitig gleichförmig untereinander beabstandete, innerhalb des Ringraums schwenkbar angeordnete Hebel (20) angelenkt sind, auf welche das erforderliche Verstellmoment mittels Steckwellen (21) übertragbar ist.
3. Strömungsteiler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckwellen (21) in an sich bekannter Weise durch hohle, den äußeren ringförmigen Strö'mungskanal (8) durchragende Stützschaufeln (13) hindurchgeführt sind.

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