DE3032402C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spaltsteuervorrichtung ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Spaltsteuervorrichtung ist aus der US-PS 40 19 320 bekannt.

In dem Bestreben, die Leistungsfähigkeit von Gasturbinentrieb­ werken der gegenwärtigen Generation zu verbessern, ist ein großer Teil der Entwicklung auf die Nutzbarmachung des vollen Potentials der Verbrennungsgase durch Verringern der Leckage von heißen Turbinengasen gerichtet worden. Einer der Leckage­ bereiche befindet sich zwischen den Spitzen von rotierenden Turbinenlaufschaufeln und einer äußeren Ummantelung oder Ab­ dichtung der Turbinenkammer, der zu einem wesentlichen Ver­ lust an Turbinenwirkungsgrad und zu einem Anstieg des Brenn­ stoffverbrauches führt. Diese Leckage kann verringert werden, wenn das Triebwerk mit einer gesteuerten Vorrichtung zur Kühlung des Turbinengehäuses versehen wird, das die äußere Ummantelung oder Abdichtung umschließt und trägt. Das Kühlen dieses Gehäuses durch entweder innere oder äußere Vorrich­ tungen bewirkt eine thermische Kontraktion um die Spitzen der rotierenden Turbinenlaufschaufeln und verringert den Spalt an den Laufschaufelspitzen. Diese Prozedur ist dem einschlä­ gigen Fachmann als Spaltsteuerung bekannt und wird gegenwär­ tig in moderne Flugzeugtriebwerke eingeführt, um die Trieb­ werksleistungsfähigkeit zu verbessern.

Das Spaltsteuersystem zum Leiten des Kühlluftstroms zu dem Turbinengehäuse verbessert zwar die Gasturbinenleistungs­ fähigkeit, noch größere Vorteile können jedoch erzielt wer­ den, indem dieser Strom von Kühlluft verändert oder beein­ flußt und dadurch die Spaltsteuerung verändert wird, wie es in der DE-OS 27 18 623 beschrieben ist. Weil das Triebwerk bei unterschiedlichen Drehzahlen und Tempera­ turen arbeitet, verändert sich in Triebwerken ohne Spalt­ steuerung der Spalt zwischen den Turbinenlaufschaufeln und der äußeren Ummantelung oder Abdichtung mit der Umdrehungs­ geschwindigkeit der Laufschaufeln und mit den Gastemperaturen innerhalb des Triebwerks. Zum Maximieren der Leistungsfähig­ keit des Triebwerks ist es erwünscht, den Spalt zwischen den Laufschaufeln und der Ummantelung während verschiedener Trieb­ werksbetriebszustände auf einem Minimalwert zu halten. Duch Beeinflussen der Menge an Kühlluft, die auf das Triebwerks­ gehäuse geleitet wird, und durch Anpassen der Menge an Kühl­ luft an den vorliegenden Triebwerksbetrieb können kleinere Spalte erzielt werden.

Eine weitere Verbesserung im Triebwerksbetrieb kann durch selektive Zuordnung des Kühlluftstroms zwischen der Spalt­ steuerung und anderer Ausrüstung oder dem Luftraum innerhalb des Triebwerkssystems, für die niedrigere Temperaturen vor­ teilhaft sind, erreicht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Spaltsteuervorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit ein­ fachen Mitteln ein minimaler Radialspalt bei unterschied­ lichen Betriebszuständen unter effizienter Ausnutzung der Kühlluft erreicht wird.

Die Erfindung wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen ge­ mäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß die Kühlluft aus einem Verdichterabschnitt über eine Gehäusekühlleitung zugeführt wird, die mit einem Abzweig zu einer Bypass- oder Umgehungsleitung zum Umleiten verschiedener Teile des Kühlluftstroms zu anderen Gebieten innerhalb der Triebwerkskammer, für die ein Kühlluftstrom vorteilhaft ist, versehen ist. Die Funktion der veränder­ lichen Spaltsteuerung wird durch Verändern dieser Umleitung von Kühlluft durch die Umgebungsleitung erfüllt.

Vorteilhafterweise sind sowohl die Gehäusekühlleitung als auch die Umgehungsleitung mit Ventilen zum Steuern des Kühlluft­ stroms versehen, es ist aber ausreichend, wenn nur die Umge­ hungsleitung ein solches Ventil enthält. Bei einem Flugzeug­ triebwerk kann das in der Umgehungsleitung vorgesehene Ventil auf eine Barometervorrichtung ansprechen, wodurch das Ventil bei einem Betrieb in größeren Höhen einschließlich des Reise­ fluges des Flugzeuges schließen kann, damit sämtliche Kühlluft oder der größte Teil der Kühlluft durch die Gehäusekühlleitung zu der Spaltsteuerung strömt, um den Spalt zu verringern. In niedrigeren Höhen kann das Umgehungsleitungsventil geöffnet werden, um einen wesentlichen Teil der Kühlluft über die Umge­ hungsleitung in den Triebwerkskammerluftraum zum Kühlen und Be­ lüften verschiedener Triebwerksteile umzuleiten. Das Öffnen des Umgehungsventils kann gesteuert werden, um veränderliche Kühl­ luftmengen zu entnehmen und so die Strömung zu der Spaltsteuerung weiter zu beeinflussen. Das Ventil in der Gehäusekühlleitung kann auch auf einen Triebwerksparameter, wie die Drehzahl, an­ sprechen, wobei es geschlossen wird, um den Gehäusekühlluft­ strom auf einen niedrigen Wert zu senken oder zu unterbrechen, wenn das Triebwerk auf oder nahe Leerlaufdrehzahl ist, weil Drehzahlübergänge aus diesem Betriebszustand dann in kürzerer Zeit gemacht werden können, ohne daß es zu Reibberührungen zwi­ schen den rotierenden Turbinenteilen und dem Turbinengehäuse kommt.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform der Erfindung, die in einem Turbofan-Flugzeugtriebwerk vorgese­ hen ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils einer Spaltsteuerung des in Fig. 1 gezeig­ ten Typs und

Fig. 3 ein Schema einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in einem Turbofan-Flugzeugtrieb­ werk benutzt wird.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einem Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10, in welchem eine Kühlluft­ quelle aus Umgehungsluft gewonnen wird, welche aus einem Fan 12 kommt, der in einem vorderen Abschnitt des Triebwerks 10 angeordnet ist. Der Fan 12 bildet eine zweckmäßige Quelle für ausreichend verdichtete Luft, die relativ kalt und zum Kühlen eines Turbinengehäuses stromabwärts des Fans ge­ eignet ist. Bei einem anderen Verwendungszweck der Erfindung als bei einem Turbofan-Flugzeugtriebwerk kann die Kühlluft aus einem Verdichterabschnitt des Triebwerkes gewonnen wer­ den, vorzugsweise aus einer vorderen Stufe des Verdichters.

Spaltsteuerung

Diese verdichtete Kühlluft wird durch eine Gehäusekühlleitung 14 zu einer Spaltsteuerung 15 in einem Abschnitt des Trieb­ werkes geleitet, die den Kühlluftstrom für Spaltsteuerzwecke benutzt. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Er­ findung ist der gekühlte Abschnitt des Triebwerks ein Tur­ binengehäuse 16, das zum Zweck des Änderns des Spalts zwischen rotierenden Turbinenlaufschaufeln und einer umgebenden Tur­ binenummantelung innerhalb des Gehäuses gekühlt wird. Die Kühlluft wird mit einer Reihe von Rohren 18, die das Turbinen­ gehäuse 16 umschließen, um das Turbinengehäuse herumgeleitet.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils der Spaltsteuerung 15, des Turbinengehäuses 16 und der umgebenden Rohre 18. Zum Kühlen des Turbinengehäuses 16 zwecks Verringerung des Spalts wird Kühlluft durch Löcher 19 in den Rohren 18 geleitet, da­ mit Kühlluft auf den Umfang des Gehäuses 16 auftrifft und be­ wirkt, daß das Gehäuse und die Turbinenummantelung oder Man­ telringe 22 sich zusammenziehen und den Spalt verkleinern.

Die Verkleinerung des Spalts mit dieser Technik ist bei einem breiten Bereich von Triebwerksdrehzahlen von Nutzen. Inner­ halb des Turbinengehäuses 16 strömen heiße Turbinengase strom­ abwärts und bewirken, daß sich die Turbinenlaufschaufeln 20 mit hohen Geschwindigkeiten drehen. Die Drehung führt zu ei­ nem elastischen radialen Wachstum in den Laufschaufeln 20. Darüber hinaus bewirkt die hohe Temperatur der Turbinengase, daß sich die Laufschaufeln 20 thermisch ausdehnen. Wenn die Triebwerksdrehzahl vergrößert wird, bewirkt der kombinierte Effekt des elastischen radialen Wachstums und der thermischen Ausdehnung, daß sich die Enden der Laufschaufeln 20 radial nach außen ausdehnen und den Abstand von demjenigen Teil des die Laufschaufeln umgebenden Gehäuses 16, der üblicher­ weise als Turbinenummantelung oder Mantelring 22 bezeichnet wird, verkleinern. Im weiteren Triebwerksbetrieb mit hoher Drehzahl wird jedoch die Temperatur des Turbinengehäuses 16 ansteigen, was zu einer radialen Gehäuseausdehnung führt, die den Spalt zwischen den Laufschaufeln 20 und der Ummante­ lung 22 vergrößert.

Ein allgemeines Ziel ist es, den Spalt zwischen den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln 20 und der Turbinenummantelung 22 zu minimieren. Das muß aber in einer Weise geschehen, die Reibberührungen verhindert, welche von der Triebwerksbetriebs­ art abhängen. Es gibt drei grundsätzliche Triebwerksbetriebs­ arten, die drei grundsätzliche Kühlluftdurchflußmengen in den Rohren 18 der Spaltsteuerung 15 erfordern.

Erstens, das Triebwerk wird bei Leerlauf- oder relativ nie­ drigen Drehzahlen betrieben, bei denen wenig oder kein Wert auf die Nutzbarmachung des vollen Potentials der über die Turbinenlaufschaufeln 20 strömenden Turbinengase gelegt wird. In dieser Betriebsart wird relativ wenig Wert darauf gelegt, den Spalt zwischen den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln 20 und der Ummantelung 22 zu verringern. Deshalb ist wenig oder keine Kühlluft in der Spaltsteuerung 15 zur Spaltverringerung erwünscht.

Zweitens, das Triebwerk wird mit Vollgas betrieben, um eine maximale Triebwerksleistung zu erzielen. Bei Vollgas ist ein kleiner Wert des Spalts zwischen den Laufschaufeln 20 und der Ummantelung 22 erwünscht, um eine hohe Lei­ stung und einen großen Schub aus dem Triebwerk herauszuholen. Während des Drehzahlüberganges auf Vollgasbetrieb ist jedoch das Turbinengehäuse 16, das von den heißen Turbinengasen et­ was isoliert ist, noch relativ kühl und hat sich noch nicht vollständig ausgedehnt. Das ist erwünscht, um einen nomi­ nellen oder beeinflußten Strom von Kühlluft zu der Spalt­ steuerung 15 zu leiten, um den Spalt zu verkleinern, ohne Reibberührungen an den Laufschaufelspitzen hervorzurufen.

Die dritte Betriebsart liegt dann vor, wenn das Triebwerk bei höherer als Leerlaufdrehzahl unter Dauer- oder relativ stabilen Bedingungen betrieben wird, die während des Reise­ fluges des Flugzeuges, und wenn sich das Turbinengehäuse 16 vollständig erhitzt und vollständig radial ausgedehnt hat, was einen relativ großen Spalt verursacht. Während dieser Betriebsart besteht der vorteilhafteste Zustand darin, eine größere Menge an Kühlluft dem Turbinengehäuse 16 zuzuführen, um das Gehäuse und die Ummantelung 22 zu kühlen und dadurch eine wesentliche Kontraktion der Turbinenummantelung zu ver­ ursachen, damit der Spalt zwischen den Laufschaufeln und der Ummantelung verringert wird. Diese stärkere Gehäusekühlung minimiert das Entweichen von heißen Gasen an den Enden der Laufschaufeln 20, d. h. von heißen Gasen, die sonst keine Antriebs­ kraft auf die Laufschaufeln ausüben würden. Diese Spaltverkleinerung zwingt im wesentlichen sämtliche Gase, ihre Antriebskraft an die Turbine abzugeben und dadurch den Wirkungsgrad des Trieb­ werks zu verbessern.

Zweck der Erfindung ist es, den Strom von Gehäusekühlluft zu verändern oder zu beeinflussen, um die Kontraktion des Tur­ binengehäuses 16 der radialen Expansion und Kontraktion der Turbinenlaufschaufeln 20 anzupassen und so einen kleinen Spalt zwischen den Laufschaufeln und der Ummantelung in ei­ nem breiten Bereich von Triebwerksbetriebsbedingungen auf­ rechtzuerhalten.

Erste Ausführungsform

Gemäß Fig. 1 ist eine Umgehungsleitung 30 direkt mit der Ge­ häusekühlleitung 14 an einer Stelle zwischen der Kühlluft­ quelle und den Kühlrohren 18 verbunden. Diese Umgehungslei­ tung 30 ist für den Zweck vorgesehen, einen Teil durch die Gehäusekühlleitung 14 strömenden Kühlluft umzuleiten und die­ sen umgeleiteten Teil der Kühlluft auf andere Triebwerksteile oder in den Luftraum in der Triebwerkskammer, die Kühlluft benötigen, zu lenken. Die Umgehungsleitung 30 ist eine er­ wünschte Vorrichtung zum Verringern des Stroms von Kühlluft zu dem Turbinengehäuse 16, weil dieser Teil der Kühlluft in dem Triebwerk nützlich verwendet werden kann. Zweckmäßig ist bei Anwendung der Erfindung bei einem typischen Flugzeugtrieb­ werk der Teil der Kühlluft, der umgeleitet wird, besonders erwünscht, um verschiedene Triebwerksteile bei Flugzuständen mit hoher Leistung in niedrigen Höhen und bei hohen Umgebungs­ temperaturen zu kühlen, was einem Triebwerksbetrieb entspricht, bei dem ein Maximum an Kühlluft für die Spaltsteuerung an dem Tur­ binengehäuse 16 nicht erforderlich ist.

Der Strom von Kühlluft in die Umgehungsleitung 30 wird durch ein Umgehungsleitungsventil 32 gesteuert. Wenn ein Maximum an Kühlluft an dem Turbinengehäuse 16 erforderlich ist, ist das Umgehungsleitungsventil 32 geschlossen und es wird keine Luft über die Umgehungsleitung 30 umgeleitet. Die Gehäuse­ kühlleitung 14 und der übrige Teil des Luftzufuhrsystems werden so bemessen, daß sichergestellt ist, daß ein wirksames Luftdurchströmvolumen mit ausreichendem Druck in die Gehäuse­ kühlrohre 18 der Spaltsteuerung 15 während deren Maximal­ volumenströmungszustandes eintritt. Die Kühlgeschwindig­ keit des Turbinengehäuses 16 wird auf einem nominellen Wert verringert, indem das Umgehungsleitungsventil 32 geöffnet und einem Teil der Kühlluft gestattet wird, durch die Um­ gehungsleitung 30 zu strömen. Das Umgehungsleitungsventil 32 wird mit verdichteter Luft aus einem Verdichterabschnitt des Triebwerks über eine Verdichterluftleitung 34 gesteuert. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird der Durch­ fluß durch die Verdichterluftleitung 34 durch ein auf die Triebwerksdrehzahl ansprechendes Steuerventil 36 in Reihe mit einem barometrischen Steuerventil 38 gesteuert. Das baro­ metrische Steuerventil 38 ist eine Aneroidvorrichtung, die ihre Stellung in Abhängigkeit vom barometrischen Druck än­ dert. Das barometrische Steuerventil 38 macht in einer vor­ geschriebenen Höhe vollständig auf und ermöglicht dadurch verdichteter Luft, durch die Hochdruckleitung 34 hindurch­ zugehen, wenn das Ventil 36 offen ist, und das Umgehungslei­ tungsventil 32 in Schließstellung zu bringen. Das Schließen des Ventils 32 hat zur Folge, daß sämtliche Kühlluft, die durch die Gehäusekühlleitung 14 strömt, weiterhin an der Um­ gehungsleitung 30 vorbei in die Spaltsteuerung 15 strömt, um das Turbinengehäuse 16 im Reiseflugbetrieb des Flugzeuges in großer Höhe zu kühlen.

Während das barometrische Steuerventil 38 auf die Höhe an­ spricht, ist das auf die Triebwerksdrehzahl ansprechende Steuerventil 36 vorgesehen, um die Position des Umgehungs­ leitungsventil 32 auf einen Triebwerksparameter hin zu ver­ ändern. Zum Erfüllen dieser Funktion ist in einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung das Triebwerksdrehzahlsteuerventil 36 mit einem Betätigungsarm 39 an einer verstellbaren Leit­ schaufelsteuervorrichtung an dem Triebwerksverdichter mecha­ nisch verbunden. Die Triebwerksleitschaufelposition wird in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl durch unabhängige Vorrichtungen verändert, die nicht Teil der Erfindung sind, und diese Vorrichtungen bewirken, daß der Betätigungsarm 39 seine Position relativ zu dem Triebwerk direkt in Abhängig­ keit von der Triebwerksdrehzahl verändert. Der Betätigungs­ arm 39 ist mit dem Triebwerksdrehzahlsteuerventil 36 verbun­ den, um das Öffnen des Ventils 36 mechanisch hervorzurufen.

Andere Einrichtungen zum Betätigen des Ventils 36 können be­ nutzt werden, wie beispielsweise Druck- oder Temperatursi­ gnale aus dem Triebwerk, die in geeigneter Beziehung zur Triebwerksdrehzahl stehen. Wenn das Ventil 36 bei mäßiger oder hoher Triebwerksdrehzahl offen ist, wird das barometrisch gesteuerte Ventil 38 zur einzigen Steuerung für das Umgehungs­ leitungsventil 32 und gestattet diesem, in der oben beschrie­ benen Weise zu arbeiten. Dagegen schließt das Ventil 36 bei niedrigeren Triebwerksdrehzahlen, wodurch jeglicher Einfluß des Ventils 38 beseitigt und der Strom von Verdichterluft durch die Hochdruckluftleitung 34 abgesperrt wird, wenn das Triebwerk heruntergedrosselt wird oder im Leerlauf ist. Das Ventil 36 veranlaßt dadurch das Umgehungsleitungsventil 32, in seine offene Ruhestellung zurückzukehren und Kühlluftströ­ mung von der Gehäusekühlleitung 14 abzuleiten. Bei niedriger Triebwerksdrehzahl, bei der die Wirkungsgrade von Triebwerks­ einzelteilen weniger wichtig sind, kann daher Kühlluft von der Spaltsteuerung durch das barometrische Ventil abgeleitet werden, was dem Spalt gestattet, größer zu werden und Reib­ berührungen zwischen den Turbinenlaufschaufeln und der Tur­ binenummantelung zu vermeiden.

In einer anderen Form dieser Ausführungsform ist das Ventil 32 ein Ventil mit veränderlicher Stellung und die Größe seiner Öffnung wird durch das Steuerventil 36 gesteuert. Normalerweise würde die Größe der Öffnung des Ventils 32 zur Triebwerksdrehzahl umgekehrt proportional sein, was einen größeren Zustrom zur Spaltsteuerung 15 ge­ stattet, wenn die Triebwerksdrehzahl ansteigt.

Ein zusätzliches Merkmal, das für das System fakultativ vor­ gesehen ist, ist in Fig. 1 durch ein Ventil 42 in einem Hoch­ druckzweig der Luftleitung 34 dargestellt. Das Ven­ til 42 ist mit einer Feuerlöschmittelleitung einer Druckfeuerlöschmittelquelle 43 verbun­ den, um ein automatisches Schließen des Umgehungsleitungs­ ventils 32 im Brandfall zu bewirken, während das Feuerlösch­ mittel in die Triebwerkskammer eingespritzt wird. Das Ventil 42 ist ein Einwegventil, welches den Druck des Feuerlösch­ mittels gestattet, das Ventil 32 automatisch zu schließen, während es verhindert, daß Operationen innerhalb des Ven­ tils 32 das Feuerlöschsystem nachteilig beeinflussen. Das Absperren des Luftstroms in der Umgehungsleitung 30 während eines Feuers eliminiert diese potentielle Sauerstoffquelle für das Verbrennungsgebiet.

Weitere Ausführungsform

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Vorrichtungen zum Steuern des Kühlluftstroms zu der Spaltsteuerung gegenüber der Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, geändert worden sind. Die Hauptänderung in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist das Vorhandensein eines Gehäusekühlleitungsventils 50 in der Gehäusekühlleitung 14 an einer Stelle zwischen der Umgehungsleitung 30 und der Spaltsteuerung 15. Dieses Gehäusekühlleitungsventil 50 ist für den Zweck vorgesehen, während Perioden mit sehr niedriger oder mit Leerlauftriebwerksdrehzahl den Luftstrom durch die Gehäusekühlleitung 14 entweder zu stoppen oder auf einen sehr niedrigen Wert zu verringern. Es wird sehr wenig Wert auf Triebwerksleistungsfähigkeit während des Triebwerksleerlaufes gelegt, wie weiter oben beschrieben, und es ist weit erwünsch­ ter, die Laufschaufeln 20 am Reiben an der Turbinenummantelung 22 während der Triebwerksbeschleunigung von niedriger Dreh­ zahl aus zu hindern, als die Triebwerksleistungsfähigkeit in diesem Betriebszustand zu verbessern.

In einer Variation dieser Ausführungsform kann das Gehäuse­ kühlleitungsventil 50 ein Ventil mit variabler Öffnung sein und es kann für den Zweck benutzt werden, den Kühlluftstrom durch die Gehäusekühlleitung 14 zu der Spaltsteuerung 15 direkt zu steuern. Diese Form der Erfindung ist insbesondere erwünscht, wenn der Spalt allein in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl ohne jede Beachtung der Triebwerkshöhe zu steuern ist.

Im Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Anordnung wird ein maxi­ maler Luftstrom zu der Spaltsteuerung 15 geschaffen, indem das Umgehungsleitungsventil 32 geschlossen und das Gehäuse­ kühlleitungsventil 50 geöffnet wird. Eine mittlere oder mäßi­ ge Durchflußmenge durch die Gehäusekühlleitung 14 wird er­ reicht, indem sowohl das Gehäusekühlleitungsventil 50 als auch das Umgehungsleitungsventil 32 geöffnet werden. Das Öffnen des Ventils 32 hat zur Folge, daß ein Teil des Kühl­ luftstroms durch die Gehäusekühlleitung 14 über die Umgehungs­ leitung 30 umgeleitet wird. Dieser umgeleitete Kühlluftstrom wird dann, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, zu anderen Luftraumgebieten innerhalb der Triebwerkskammer geleitet, für die der Kühlluftstrom vorteilhaft ist. In diesem mittle­ ren Bereich des Durchflusses durch die Gehäusekühlleitung 14 ist eine zusätzliche Beeinflussung der Luftströmung möglich, indem die Öffnung in dem Leitungsventil 50 eingestellt wird, wodurch bewirkt wird, daß veränderliche Mengen des Kühlluft­ stroms über das Ventil in die Spaltsteuerung 15 gehen. Schließ­ lich werden extrem niedrige oder Nulldurchflußzustände in der Gehäusekühlleitung 14 erreicht, indem das Hauptleitungs­ ventil 50 geschlossen wird.

Im Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Anordnung in einem Flug­ zeugtriebwerk wird die Kühlluft über die Gehäusekühlleitung 14 der Spaltsteuerung 15 in maximaler Menge während eines Betriebes des Flugzeuges in oberen Höhen einschließlich nor­ malen Reiseflugbedingungen zugeführt. Diese Betriebsart wür­ de einem Dauerbetrieb mit hoher Leistung von land- oder see­ gebundenen Triebwerken entsprechen, wobei die Kühlluft der Spaltsteuerung ebenfalls in maximaler Menge zugeführt würde. Der Kühlluftstrom wird in einer mittleren oder nominellen Menge während des Betriebes eines Flugzeugtriebwerkes in niedriger Höhe oder, entsprechend, während des Betriebes von land- oder seegebundenen Triebwerken zugeführt werden. Schließlich wird der Kühlluftstrom der Spaltsteuerung während eines Leerlaufdrehzahltriebwerksbetriebes und zusätzlich wäh­ rend des Beginns des Übergangs auf Vollgasbetrieb, bei dem es am wahrscheinlichsten ist, daß größere thermische Über­ gangsvorgänge eine Reibberührung der Turbinenlaufschaufeln mit der umgebenden Ummantelung hervorrufen, in sehr niedri­ ger Menge zugeführt oder abgesperrt. Diese drei Hauptbetriebs­ arten der Spaltsteuerung gestatten dem Triebwerk, mit relativ kleinem Laufschaufelspitzenspalt über einem vollen Bereich von Triebwerksdrehzahlen zu arbeiten, ohne daß Bedingungen erzeugt werden, die dazu führen könnten, daß eine Reibbe­ rührung der Laufschaufeln mit dem umgebenden Triebwerksauf­ bau hervorgerufen wird.

Zum Erzeugen einer maximalen Kühlung des Turbinengehäuses 16 wird, wie weiter oben erwähnt, das Gehäusekühlleitungsventil 50 geöffnet und das Umgehungsleitungsventil 32 wird geschlos­ sen. Das Gehäusekühlleitungsventil 50 wird durch das Trieb­ werksdrehzahlsteuerventil 36 gesteuert. Das Triebwerksdreh­ zahlsteuerventil 36 wird von dem Triebwerk aus drehzahlab­ hängig betätigt, wie es weiter oben mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben worden ist, und zwar mit einer mechanischen Ver­ bindung zu dem Betätigungsarm 39. Wenn die Triebwerksdrehzahl mäßig oder hoch ist, bewirkt das Triebwerksdrehzahlsteuer­ ventil 36, daß das Gehäusekühlleitungsventil 50 aus seiner normalerweise geschlossenen Ruhestellung geöffnet wird, wo­ durch Kühlluft gestattet wird, zu der Spaltsteuerung 15 zu strömen, wodurch bewirkt wird, daß die Spaltsteuerung den Spalt während Einstellungen hoher Triebwerksleistung ein­ schließlich des Reiseflugbetriebes des Flugzeuges verringert. Entsprechend wird das Umgehungsleitungsventil 32 während des Reiseflugbetriebes des Flugzeuges geschlossen, um das Umlei­ ten von Kühlluft von seinem Weg zu der Spaltsteuerung 15 zu unterbrechen oder stark zu drosseln. Das Umgehungsventil 32 wird durch das barometrische Steuerventil 38 betätigt, welches das Umgehungsleitungsventil 32 immer dann schließt, wenn das Flugzeug eine vorgeschriebene Höhe überschreitet. In seiner Ruhestellung ist das Umgehungsleitungsventil 32 offen. Das barometrische Steuerventil 38 schließt das Ventil 32, indem es einem Strom verdichteter Luft gestattet, über die Verdichterluftleitung 33 imer dann zu dem Ventil zu strömen, wenn der durch das Barometer 37 abgefühlte barometri­ sche Druck anzeigt, daß sich das Flugzeug über der vorbestimm­ ten Höhe befindet.

Die Erfindung ist zwar so aufgebaut, daß eine maximale Kühl­ luftmenge der Spaltsteuerung während des Reiseflugbetriebes zugeführt wird, es ist jedoch erwünscht, den Strom während gewisser Perioden des Triebwerksbetriebes, beispielsweise einem Betrieb in geringer Höhe oder während eines Betriebes mit verringerter Leistung, auf einen Zwischenwert zu verrin­ gern. Ein mäßiger Strom wird erreicht, indem das Umgehungs­ leitungsventil 32 geöffnet wird. Bei der Verwendung der Er­ findung in einem Flugzeugtriebwek, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, erfolgt die Mäßigung des Luftstroms teilweise durch das barometrische Steuerventil 38, welches dem Umgehungsleitungs­ ventil 32 gestattet, in seiner Ruhestellung offen zu blei­ ben, wenn das Flugzeug unter der vorbestimmten Höhe ist. Wenn das Umgehungsleitungsventil 32 offen ist, wird ein we­ sentlicher Teil der Kühlluftströmung aus der Gehäusekühl­ leitung 14 durch die Umgehungsleitung 30 umgeleitet, um die Triebwerkskammerausrüstung zu kühlen, insbesondere in niedri­ gen Höhen, wenn die umgebende Luft auf relativ hohen Tempera­ turen ist. Eine weitere Mäßigung des Luftstroms ist, wie weiter oben erwähnt, dadurch möglich, daß die Öffnung des Gehäusekühlleitungsventils 50 auf Änderungen in der Trieb­ werksdrehzahl hin verändert wird.

Die dritte Betriebsart ist erwünscht, wenn das Triebwerk mit sehr niedriger oder mit Leerlaufdrehzahl läuft. In dieser Be­ triebsart wird das Gehäusekühlleitungsventil 50 durch das Triebwerksdrehzahlsteuerventil 36 geschlossen, wodurch sehr wenig oder keiner Kühlluft gestattet wird, zu der Spaltsteue­ rung 15 zu strömen. Die Stellung des Umgehungsleitungsventils 32 ist von der Höhe abhängig, und es wird offen sein, wenn das Flugzeug während normaler Leerlaufzustände auf dem Bo­ den ist, was gestattet, den überschüssigen Luftstrom über die Umgehungsleitung 30 zu anderen Triebwerksbereichen zu leiten.

Ungeachtet der Triebwerksbetriebsart sind bei der Erfindung Vorkehrungen für ein Aufreißen des Gashebels getroffen, durch das das Triebwerk schnell Drehzahl gewinnt und größere thermische Übergangsvorgänge in dem Turbinenabschnitt des Triebwerks auftreten. Unter diesen Bedingungen drehen sich die in Fig. 2 gezeigten Turbinenlaufschaufeln 20 mit einer hohen Drehzahl und verursachen eine elastische Verformung der Rotoren. Dar­ über hinaus erreichen die Turbinengase hohe Temperaturen und bewirken, daß die Turbinenlaufschaufeln sich schneller ausdehnen als die Turbinenummantelung 22, weil die Ummantelung im Vergleich zu den Laufschaufeln die größere Masse hat und weil die Laufschaufeln den heißen Gasen direkter ausgesetzt sind. Aufgrund dieser Bedingungen innerhalb der Turbine ist es erwünscht, das Auftreffen von Kühlluft auf das Turbinen­ gehäuse 16, nachdem das Aufreißen des Gashebels begonnen hat, bis zu einer Zeit zu verzögern, zu der die Temperatur des Turbinen­ gehäuses und der umgebenden Turbinenummantelung 22 ange­ stiegen ist und eine thermische Ausdehnung der Ummante­ lung verursacht hat. Diese Verzögerung ist durch das Gehäuse­ kühlleitungsventil 50 und die Hochdruckluftleitung 34 vorge­ sehen, die so aufgebaut sind, daß das Ventil 50 nicht sofort öffnet, sondern zeitverzögert allmählich öffnet. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ventil 50 erst eine kurze Zeitspanne, beispielsweise von einigen Sekunden, nach dem Beginn des Ventilbetätigungssignals völlig offen. Wenn somit der Gashebel aufgerissen wird und der Betätigungsarm 39 sich bewegt, um das Triebwerksdrehzahlsteuerventil 36 zu öffnen, ist das Gehäusekühlleitungsventil 50 erst eine kurze Zeitspanne nach dem Beginn des Aufreißens des Gashebels völlig offen, wodurch die Gefahr einer Reibberührung zwischen den Laufschaufeln 20 und der Ummantelung 22 minimiert wird.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind, ebenso wie in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, Vorkehrungen für einen Brand innerhalb der Triebwerkskammer getroffen. Wenn ein Brand ausbricht, ist es erwünscht, den Luftstrom durch die Umgehungsleitung 30 zu beseitigen, genau wie in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, weil der Sauerstoff in der Kühlluft die Verbrennung unterstützen würde und weil die Kühlluft die zum Löschen des Brandes innerhalb der Kammer eingeleiteten Löschmittel verdünnen würde. Ein Rückschlagven­ til 42, das durch Druck in der Feuerlöschmittelleitung be­ tätigt wird, ist in eine Leitung 44 eingebaut, die in die Leitung 33 zwischen dem barometrischen Steuerventil 38 und dem Umgehungsleitungsventil 32 eintritt.

Claims (8)

1. Spaltsteuervorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einem Triebwerksgehäuse und einem darin drehbar gelager­ ten rotierenden Triebwerksabschnitt und mit einer den ro­ tierenden Triebwerksabschnitt umfangsmäßig umgebenden und an dem Triebwerksgehäuse befestigten Abdichteinrichtung, wobei die Spaltsteuervorrichtung Einrichtungen zum Leiten von Kühlluft auf das Triebwerksgehäuse zum Kühlen des­ selben aufweist, um dadurch den Spalt zwischen dem ro­ tierenden Triebwerksabschnitt und der Abdichteinrichtung zu steuern, mit einer Kühlluftsteuereinrichtung zum Verän­ dern der Kühlluftmenge, die auf das Triebwerksgehäuse ge­ leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftsteuereinrichtung eine Umgehungsleitung (30) in Strömungsverbindung mit einer Gehäusekühlleitung (14) auf­ weist zum Ableiten eines Teils der Kühlluft von der Ge­ häusekühlleitung zwecks Veränderung der Menge an Luft, die der Spaltsteuerung (15) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (30) mit einem Umgehungsleitungsventil (32) versehen ist, das während geeigneter Triebwerksbetriebs­ zustände geöffnet ist, um dem Kühlluftstrom den Eintritt in die Umgehungsleitung zu gestatten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Gehäusekühlleitungsventil (50), das in der Gehäusekühllei­ tung (14) stromabwärts der Umgehungsleitung (30) zwecks direkter Steuerung des Kühlluftstroms durch die Gehäuse­ kühlleitung vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäusekühlleitungsventil (50) auf die Triebwerks­ drehzahl anspricht, um einen Kühlluftstrom zu der Spalt­ steuerung (15) unterhalb einer vorbestimmten Triebwerks­ drehzahl im wesentlichen zu eliminieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Luftleitung (34), die zum Zweck des Steuerns der Öffnung des Gehäusekühlleitungsventils (50) verdichtete Luft zu dem Gehäusekühlleitungsventil leitet, und durch ein Steuerventil (36), das durch eine auf die Triebwerksdrehzahl ansprechende Vorrichtung gesteuert wird, um einen Strom verdichteter Luft in der Luftleitung (34) ein- und aus­ zuschalten und dadurch das Öffnen und Schließen des Gehäuse­ kühlleitungsventils zu steuern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (36) mit ei­ nem mechanischen, verstellbaren Statorbetätigungssystem (39) an einem Verdichterabschnitt des Triebwerks (10) verbunden ist und daß das verstellbare Statorbetätigungssystem seinen Zustand in Abhängigkeit von der Triebwerksdrehzahl ändert, wodurch das Öffnen und Schließen des Steuerventils gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsleitungsventil (32) auf den barometrischen Druck anspricht und unterhalb eines vorbestimmten barometrischen Druckes geschlossen wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umgehungsleitungsventil (32) durch Fluiddruck gesteuert wird, daß eine Druckfeuerlöschmittelquelle (43) in dem Trieb­ werk (10) vorgesehen ist und daß eine Druckleitung die Druck­ feuerlöschmittelquelle mit dem Umgehungsleitungsventil (32) verbindet, um die Umgehungsleitung (30) während der Abgabe von Feuerlöschmittel zu schließen.