DE3015651A1

DE3015651A1 - Schwingtuer-teilchenabtrennvorrichtung und enteisungssystem im einlass einer gasturbine

Info

Publication number: DE3015651A1
Application number: DE19803015651
Authority: DE
Inventors: Joseph P. Newton Conn. Murphy; Richard M. Stratford Conn. Norris
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1979-03-15
Filing date: 1980-04-21
Publication date: 1981-10-29
Also published as: SE421232B; DE3015651C2; CA1120733A; SE8002886L; GB2074655A; US4250703A; FR2481746A1; GB2074655B

Description

Zusammenfassung der Erfindung

In einer Gasturbine ist eine Leitung vorgesehen, die sich achsial erstreckt und über eine querseitige öffnung in direkter Verbindung mit der Turbinenkammer steht. Die Kammer erstreckt sich nach oben in die Turbinengondel und steht über den Einlaß mit dem Kompressor der Turbine in Verbindung. Ein Teil der in die Leitung eintretenden Luft wird in die Kammer gesogen. Der restliche Teil wird aus dem hinteren Teil der Leitung abgegeben. Um eine Trägheitsabtrennung zu erzielen, ist eine Tür an einem Hebelarm befestigt, der zwischen zwei Lagen gedreht werden kann. In einer Lage verschließt die Tür teilweise den Eingang zu der Kammer und führt dazu, daß der Luftfluß über einen größeren Winkel abgelenkt wird zwecks Eintritt in die Kammer. Die Wendebewegung des Luftflusses führt zu einer Abscheidung von Teilchen schwererer Masse zu der Außenseite der Wendestelle. Diese Teilchen werden aus dem hinteren Auslaß der Leitung abgegeben. In einer zweiten Lage verschließt die Tür das hintere Teil der Leitung, so daß das gesamte Volumen der in die Leitung eintretenden Luft der Turbinenkammer zugeführt wird.

Die Funktionsweise einer Gasturbine hängt ab von einem kontinuierlichen Fluß eines größen Luftvolumens durch dieselbe. Da Teile der Turbine wie z.B. der Kompressorrotor mit extrem hohen Geschwindigkeiten umlaufen, haben jedwede Verunreinigungen im Luftfluß eine zerstörende Wirkung auf die Turbinenleistungsfähigkeit. Teilchen wie überkühlte Wassertropfen, die auf den Rotor aufschlagen, können zu einem Ungleichgewicht und einer schließlichen Zerstörung führen aufgrund der auftretenden großen Kräfte. Es ist somit wesentlich, daß Mittel angewandt werden, die dazu dienen die Verunreinigungen aus dem in die Turbinenkammer eintretenden Luftfluß zu entfernen. In der Vergangenheit ist eine große Vielzahl an Abscheidefiltern angewandt worden. Derartige Filter haben jedoch den Nachteil, daß sie die Eisbildung in dem Einlaß begünstigen, wobei das Eis schließlich den Einlaß blockieren und den Luftfluß in die Turbine verhindern kann.

130044/0261

Trägheits-Abtrennvorrichtungen sind dazu angewandt worden, die Teilchen schwererer Masse in dem eintretenden Luftfluß von dem Turbineneinlaß durch eine Nebenleitung abzutrennen. Ein typisches System dieser Art ist in der US-PS 3 329 377 beschrieben. Bei diesem System wird eine angelenkte Ablenkschaufel in der Einlaßleitung stromauf zu dem Einlaß der Turbinenkammer angeordnet. Die Schaufel erstreckt sich in die Leitung hinein, wodurch der Luftfluß begrenzt wird. Der Luftfluß wird beschleunigt und über einen erheblichen Winkel um die Ablenkschaufel herum gewendet. Teilchen schwererer Masse können die Wendung nicht vollziehen und werden durch eine Nebenleitung abgegeben. Die Anlenkung der Schaufel ermöglicht die Anpassung des Verhältnisses der über die Nebenleitung geführten Luft. Da die Ablenkschaufel an der vorderen Wand des Einlassesder Turbinenkammer befestigt ist, ist dieselbe stets in dem Laufweg des Luftflusses angeordnet, und zwar selbst dann wenn die Schaufel voll eingefahren ist. Die s führt zu einem Druckverlust und verhindert einen Betrieb unter maximalen Stauluftbedingungen, wodurch sich nicht erforderliche Begrenzungen der Turbinenleistungsfähigkeit ergeben.

Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Teilchenabtrennvorrichtung und Enteisungssystem für die Anwendung in der Einlaßleitung einer Gasturbine geschaffen. Die Einlaßleitung erstreckt sich achsial längs der Gondel der Turbine und beginnt an einem nach vorne gerichteten Einlaß und endet an einem nach hinten gerichteten Auslaß. In dem Zwischenteil der Leitung ist eine öffnung ausgebildet, die in Verbindung mit der Turbinenkammer steht. Der Einlaß ist so aufgebaut, daß der Fluß eines großen Luftvolumens ermöglicht wird während eine hohe Leistungsfähigkeit der Turbine erforderlich ist. Es ist eine Schwingtür in dem Einlaß zu der Kammer an einem Hebelarm angeordnet, der shwenkbar an der Turbine angelenkt ist. Es ist ein Betätigungsmechanismus vorgesehen, durch den die Tür aus einer Lage, in der dieselbe teilweise den Einlaß zu der Kammer schließt in eine Lage schwenkt, wo dieselbe vollständig das Auslaßleitungsteil verschließt. Bei der Teilchenabtrennung ist die Tür in dem Kammereinlaß geschwnkt. Hierdurch wird der eintretende Luftfluß über einen vergrößerten Winkel abgebogen, bevor derselbe in die Turbine eintritt.

130Ό44/0261

Teilchen mit höherer Trägheitskraft wie Eis werden abgetrennt und durch den Auslaß der Leitung abgegeben. Wenn die volle Leistungsfähigkeit der Gasturbine erforderlich ist, kann die Schwingtür in eine Lage bewegt werden wo dieselbe den Auslaß der Leitung verschließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Nasenteil einer Gondel, die teilweise weggeschnitten ist unter Wiedergabe der Gasturbine und deren Einlaßleitung ;

Fig ο 2 ein schematisches Diagramm des erfindungsgemäßen Teilchenabtrennsystems ;

Fig« 3 ein schematisches Diagramm einer wahlweisen Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist eine Gasturbine 1 angeordnet und umschlossen durch das Nasenteil einer Gondel 2 gezeigt. Die Turbine 1 ist so angeschlossen, daß dieselbe den Propeller 3 antreibt, der den Schub für die Bewegung des Flugzeuges erzeugt. Der Turbine wird durch den Einlaß 4 Luft zugeführt, der mit dem ringförmigen Raum 5 in Verbindung steht.

Es ist eine Einlaßleitung 6 an dem unteren Ende der Gondel 2 angeordnet und wird durch eine Luftritze 15 begrenzt. Die Leitung 6 erstreckt sich achsial von einem nach vorne gerichteten Einlaß 7 zu einem nach hinten gerichteten Auslaß 8. In dem Zwischenteil der Leitung ist in der Gondel 2 eine öffnung 16 vorgesehen, durch die sich ein Einlaß für den eintretenden Luftfluß zu der Turbinenkammer 5 ergibt« Der Einlaß ist zwischen einem gekrümmten Wandteil 17 und einem Eckenabschnitt 18 ausgebildet. Eine Schwingtür 9 ist in dem Einlaß 16 an einem Hebelarm 10 angeordnet. Der Hebelarm 10 ist an einer Achse 13 befestigt, die drehbar an einem Teil der Turbinentraganordnung, nicht gezeigt, angeordnet ist. Das Drehen der Achse 13 führt zu einer Bewegung der Tür 9 von einer vorderen Lage, siehe die Figur 2 in eine hintere Lage, wie in der Figur 2 durch die gestrichelten Linien 19 wiedergegeben.

130044/0261

Die Tür ist so ausgeformt, daß dieselbe eine Verlängerung einer gekrümmten Fläche 17 in den Einlaß 16 der Kammer bildet, wodurch der eintretende Luftfluß gezwungen wird sich über einen größeren Winkel vor Eintritt in die Kammer zu wenden. Der vergrößerte Winkel erzeugt einen Schwerkraft-Abtrenneffekt, der die schwereren Teilchen in dem Luftfluß an die Außenseite der Wendung bringt. Die höhere Trägheitskraft dieser Teilchen verhindert, daß dieselben eine Wendung vdillziehen und überführt dieselben vorbei an der Eckenfläche 18 und heraus aus dem Auslaß 8 der Leitung 6. In dieser Weise wird die Einführung von Eis und anderen Verunreinigungen in den Turbineneinlaß verhindert. Unter einigen Bedingungen kann sich ein Eisüberzug an dem Eckenabschnitt 18 aufbauen. Um dies zu verhindern, kann an der Fläche 18 in der gezeigten Weise eine Erhitzungsvorrichtung 14 vorliegen. Die Erhitzungsvorrichtung 14 kann durch Ablassen von heißem Abgas aus der Turbine betrieben werden.

Wenn eine Teilchenabtrennung nicht erforderlich ist oder wenn höchste Leistung notwendig ist, kann die Schwingtür 9 in eine hintere Lage bewegt werden, wo dieselbe im Eingriff mit den Eckenwandteil 18 steht und sich über die Leitung 6 hin erstreckt unter Verschließen des Auslasses 8. In dieser Lage wird dem Turbineneinlaß die unter vollem Staudruck stehende Luft zugeführt.

Ein gesteuertes Drehen der Achse 13 kann bewerkstelligt werden durch Anwenden eines Luftzylinders 11, der durch aus der Turbine abgezogene Luft betrieben wird. Die Kolbenstange 20 ist mit einem Betätigungshebel 12 verbunden, der seinerseits an der Achse 13 befestigt ist. Das Betätigen des Zylinders 11 wird die Schwingtür 9 zwischen ihren vorderen und hinteren Lagen bewegen.

Die Schwingtür 9 ist so vorgesehen, daß dieselbe der Form der Leitung 6 entspricht ohne den Luftfluß in derselben zu behindern. Hierdurch wird jedweder Leistungsabfall hintenangehalten, der sich aufgrund der Funktion als Teilchenabtrennvorrichtung ergibt.

130044/0261

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in der Figur 3 wiedergegeben, wonach die Schwingtür 9 in Form einer flachen Platte vorliegen kann. Diese Tür wird bei der Teilchenabtrennung in eine bestimmte Lage bewegt, wo sich dieselbe in die Leitung so erstreckt, daß der Luftfluß über einen sogar noch größeren Winkel abgelenkt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Abtrennung verbessert wird. Durch Schwingen der Tür in ihre hintere Lage wird Luft unter vollem Staudruck der Turbinenkammer in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform nach der Figur 2 zugeführt.

Bei der oben beschriebenen Arbeitsweise ergibt sich ein wirksames Enteisungs- und Teilchenabtrennsystem, wobei gleichzeitig unter bestimmten Arbeitsbedingungen die Luft unter maximalem Staudruck zugeführt werden kann. Nach der bevorzugten Ausführungsform werdenLeistungsabfälle hintenangehalten.

130044/0261

L e e r s e i t e

Claims

AVCO CORPORATION 1275 King Street, Greenwich, Conn. 06830

USA

Schwingtür-Teilchenabtrennvorrichtung und Enteisungssystem im Einlaß einer Gasturbine

Patentansprüche

G)

Iy Schwingtür-Teilchenabtrennvorrichtung und Enteisungssystem im Einlaß einer Gasturbine, die in einer Gondel eines Flugzeuges eingeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

a) ein Gehäuse, das sich von dem Äußeren der Gondel aus nach außen erstreckt und eine sich achsial erstreckende längsseitige Leitung aufweist, die Leitung einen nach vorne gerichteten Einlaß und einen nach hinten gerichteten Auslaß aufweist, so daß durch denselben Luft fließen kann, eine öffnung in der inneren Wand des Gehäuses benachbart zu der Gondel vorgesehen ist, diese Öffnung mit der Einlaßkammerder Gasturbine und der Leitung in Verbindung steht unter Ausbilden eines Einlasses für den Luftfluß in die Kammer;

b) eine Tür, die in dem Einlaß zu der Kammer angeordnet ist und eine Bewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Lage ausführen kann, wobei sich die Tür in der ersten Lage teilweise über den Einlaß zu der Kammer erstreckt, wobei der in die Kammer eintretende Luftfluß gezwungen wird eine Biegung über einen erheblichen Winkel auszuführen, und in der zweiten Lage die Kammer den nach hinten gerichteten Auslaß blockiert, wodurch praktisch

1300U/0261 " ² "

die gesamte in die Leitung eintretende Luft gezwungen wird in die Turbinenkammer zu fließen und

c) eine Betätigungsvorrichtung, die der Tür so zugeordnet ist, daß die Tür zwischen den ersten und zweiten Lagen bewegt wird,
2. Schwingtür-Teilchenabtrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichnet , daß die Tür so vorgesehen ist, daß dieselbe der Form der Leitung entspricht ohne Beschränkung der Fließfläche der Leitung.
3. Schwingtür-Teilchenabtrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Tür in Form einer flachen Platte vorgesehen ist und sich in die Leitung hinein so erstreckt,daß der Luftfluß in der Leitung unmittelbar stromauf von dem Kammereinlaß beschränkt wird, wenn sich die Tür in der Teilchenabtrennlage befindet.
4. Schwingtür-Teilchenabtrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsanordnung die folgenden Merkmale aufweist:

a) eine Achse, die sich benachbart zu dem Kammereinlaß drehen kann;

b) wenigstens einen Hebelarm, der an der Achse befestigt ist und sich in den Kammereinlaß erstreckt und die Tür aufnimmt;

c) einen Luftzylinder, dessen Kolben in Arbeitsverbindung mit der Achse steht und zu einem Drehen derselben bei Betätigen des Luftzyhlinders führt und

d) eine Hochdruckluftquelle, die dem Luftzylinder beaufschlagt wird unter Steuern der Betätigung desselben.

130044/0261