DE3228678A1

DE3228678A1 - Vorrichtung zum gleichmaessigen beeinflussen der fluiddurchstroemung einer oeffnung

Info

Publication number: DE3228678A1
Application number: DE19823228678
Authority: DE
Inventors: John Theodore Cincinnati Ohio Moehring
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-08-07
Filing date: 1982-07-31
Publication date: 1983-02-24
Also published as: FR2511081A1; GB2103289A; JPS5847927A; IT8222714A0

Description

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Vorrichtung zum gleichmäßigen Beeinflussen der Fluiddurchströmung einer öffnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungssteuervorrichtung und betrifft insbesondere eine neue und verbesserte Steuervorrichtung, mit der sich die Fluiddurchströmung einer ringförmigen öffnung im Bereich dieser öffnung gleichmäßig beeinflussen läßt.

Die Möglichkeit, die Fluidmenge, die durch ein Gebilde strömt, beeinflussen oder verändern zu können,' kann sehr vorteilhaft sein. Beispielsweise arbeitet ein Gasturbinentriebwerk auf sehr hohen Temperaturen, und Teile, wie die Turbine, innerhalb des Triebwerks müssen gekühlt werden, um sie innerhalb zulässiger Temperaturgrenzen zu halten. Hochdruckluft, die dem Triebwerksverdichter entnommen wird, wird normalerweise für diese Kühlung be-

nutzt. Bei den meisten ,heutigen Triebwerken werden jedoch Kühlluftströmungssysteme fester Geometrie, d.h. nichtverstellbare Kühlluftströmungssysteme benutzt. Ein solches nichtverstellbares Kühlsystem ist so bemessen, daß es

einen festen Anteil der¹ Hochdruckluft den Triebwerksteilen bei sämtlichen Triebwerksleistungseinstellungen zuführt. Die Menge an Kühlluft, die zugeführt wird, ist diejenige, die für die höchste Triebwerksleistungseinstellung erforderlich ist. Bei niedrigeren Triebwerksleistungseinstellungen ist die Temperatur innerhalb des Triebwerks entsprechend niedriger, und es wird zum Kühlen weniger Hochdruckluft benötigt, wob;ei aber das nichtverstellbare Kühlsystem weiterhin den Anteil an Kühlluft zuführt, der für die höchste Leistungseinstellung erforderlich ist. Die überschüssige Hochdruckkühlluft wird vergeudet, und der Triebwerkswirkungsgrad wird dadurch verringert, da andernfalls die Luft der Triebwerksbrennkammer zugeführt und in der Turbine entspannt werden könnte, um Arbeit zu leisten. Ein nichtbeeinflußtes oder ungesteuertes Kühlluftsystem kann daher den Triebwerkswirkungsgrad verringern, und das volle Potential an Brennstoffeinsparung über dem Triebwerksleistungsbereich kann nicht ausgenutzt werden.

Es sind bereits Luftsteuervorrichtungen für Triebwerke entwickelt worden, um den Triebwerkswirkungsgrad zu verbessern. Wenn eine solche typische Steuervorrichtung zum Beeinflussen der durch eine ringförmige öffnung innerhalb des Kühlluftkreises strömenden Luft benutzt wird, ist jedoch die Beeinflussung im Bereich der ringförmigen öffnung ungleichmäßig, d.h. die Beeinflussung erfolgt durch Absperren von bogenförmigen Segmenten der öffnung statt der gesamten öffnung. Infolgedessen werden Teile des Gebildes neben den unblockierten Segmenten der öffnung durch

die durch die öffnung hindurchströmende Luft mehr gekühlt als die Teile neben den blockierten Segmenten, was zu thermischen Diskontinuitäten und Wärmespannungen führt. Solche Wärmespannungen, die aus der ungleichmäßigen Beeinflussung resultieren, können zu einem baulichen Versagen und zu verkürzter Lebensdauer führen.

Eine weitere Schwierigkeit, die bei der Verwendung von solchen Steuervorrichtungen auftritt, insbesondere in Gasturbinentriebwerken, ist die Lage der Steuervorrichtung. Wenn die Kühlluft, die beeinflußt wird, einem inneren Strömungsweg entnommen wird, beispielsweise einem Triebwerksverdichter, und durch einen Kühlluftströmungsweg innerhalb des Triebwerks transportiert wird, ist die Beeinflussung der Kühlluft wegen der Unzugänglichkeit des Kühlluftströmungsweges schwierig. Wenn ein vorhandenes ungesteuertes Triebwerk durch Hinzufügen einer Steuervorrichtung zu seinem inneren Kühlluftströmungsweg modifiziert werden soll, kann darüber hinaus diese Modifizierung eine teuere Umkonstruktion und einen teueren Umbau zum Einbauen der Steuervorrichtung erfordern.

Noch ein weiteres Problem, das bei solchen Steuervorrichtungen auftritt, ist die Zuverlässigkeit. Wenn eine Steuervorrichtung in geschlossener Stellung ausfällt, kann es zu einer starken überhitzung von Triebwerksteilen kommen, wenn die Triebwerksleistung und daher die Triebwerkstemperatur ansteigt. Bei einigen heutigen Steuervorrichtungen werden Sicherungseinrichtungen benutzt, die in den Stellantrieb der Steuervorrichtung eingebaut sind. Solche Sicherungseinrichtungen sorgen für einen überhitzungsschutz, solange der Stellantrieb mit dem Durchflußsteuerventil verbunden ist. Unter gewissen Ausfallbedingungen,

wie beispielsweise einer Trennung des Stellantriebs von dem Ventil, kann jedoch der überhitzungsschutz verloren gehen.

Angesichts der vorgenannten Probleme ist es Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad eines Gasturbinentriebwerks durch Einbau einer Vorrichtung zu verbessern, die die Menge an Kühlluft, die den Triebwerksteilen zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Kühlluftbedarf steuert.

Weiter soll eine Steuervorrichtung geschaffen werden, die um eine ringförmige öffnung herum die Kühlluftdurchströmung dieser Öffnung gleichmäßig beeinflußt, um dadurch thermische Diskontinuitäten in dem der öffnung benachbarten Gebilde zu verringern.

Weiter soll eine Kühlluftsteuervorrichtung geschaffen werden, die einfach und mit geringen Kosten in ein vorhandenes ungesteuertes Triebwerk eingebaut werden kann.

Schließlich soll eine Kühlluftsteuervorrichtung geschaffen werden, die eine Sicherungseinrichtung hat, die unabhängig von der Betätigungseinrichtung selbstbetätigbar ist.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Beeinflussen der Fluiddurchströmung einer insgesamt ringförmigen öffnung im Bereich dieser öffnung. Die Vorrichtung enthält ein Teil, das eine insgesamt ringförmige Durchgangsöffnung aufweist, einen verstellbaren Ventilring, der in einer geschlossenen Stellung an dem Teil anliegt und die öffnung bedeckt und in einer offenen Stellung mit Abstand von dem Teil und der öffnung angeordnet ist und dadurch eine Fluidströmung durch die öff-

nung gestattet, und eine Betätigungseinrichtung zum Verstellen des Ventilringes.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind Löcher in dem Teil vorgesehen, um eine Mindestfluidströmung sicherzustellen, wenn der Ventilring geschlossen ist. Eine Sicherungseinrichtung kann außerdem vorgesehen sein, um den Ventilring bei Vorliegen vorbestimmter Bedingungen in eine offene Stellung zu verstellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittansicht der oberen

Hälfte eines Teils eines Gasturbinentriebwerks, das Merkmale der Erfindung aufweist,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Ventil

ringanordnung, die in Fig. 1 im Querschnitt gezeigt ist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ventil

ringanordnung nach der Linie 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Rückansicht der Ventilringan

ordnung nach der Linie 4-4 in Fig.

Fig. 1 zeigt einen Teil der oberen Hälfte eines Gasturbinentriebwerks, das eine Konfiguration der Erfindung aufweist.

λλ

Fig. 1 zeigt eine ringförmige Brennkammer 10. Radial außerhalb der Brennkammer 10 befindet sich ein im Querschnitt ringförmiger äußerer Kanal 12, und radial innerhalb der Brennkammer 10 befindet sich ein im Querschnitt ringförmiger innerer Kanal 14. Mit "radial" ist gemeint, in einer Richtung insgesamt rechtwinkelig zu der Triebwerkslängsachse, die durch eine strichpunktierte Linie 15 dargestellt ist. Ein Teil der Hochdruckluft, die den Triebwerksverdichter (nicht dargestellt) verläßt, strömt in die Brennkammer 10, in der sie mit Brennstoff vermischt und verbrannt wird. Der größte Teil der übrigen Hochdruckluft strömt durch den äußeren und den inneren Kanal 12 bzw. 14 und wird zum Kühlen der Brennkammerwände und von weiteren Triebwerksteilen benutzt.

Eine Anordnung zum Kühlen von Triebwerksteilen, wie der Turbine (nicht dargestellt), die stromabwärts der Brennkammer 10 angeordnet ist, bewirkt, daß ein Teil der Hochdruckluft aus dem inneren Kanal 14 über ein Loch 16 in einem inneren Gehäuse 18 der Brennkammer abgeleitet wird. Diese Hochdruckluft strömt dann durch einen Kühlluftkanal 20 zu dem zu kühlenden Triebwerksteil. Der Kühlluftkanal 20 kann auf jede zweckmäßige Weise gebildet werden. Als Beispiel wird gemäß Fig. 1 der dargestellte Teil des Kühlluftkanals durch eine erste Kammer 22, die durch das innere Gehäuse 18 der Brennkammer und eine Drückdichtung 24 begrenzt wird, eine zweite Kammer 26, die durch einen Düsenträger 28, einen Dichtungsträger 30 und die Druckdichtung 24 begrenzt wird, und eine dritte Kammer 32 gebildet, die durch eine Dichtung 33 und den Dichtungsträger 30 begrenzt wird. Der Kühlluftkanal 20 wird weiter durch zusätzliche Kammern (nicht dargestellt) gebildet, die zu dem zu kühlenden Triebwerksteil führen. Die erste Kammer 22, die zweite Kammer 26, die dritte Kammer 32 und die zusätzlichen Kammern sind jeweils über mehrere Löcher

in Strömungsverbindung mit den ihnen benachbarten Kammern, so daß die Hochdruckkühlluft durch die Kammern zu den zu kühlenden Triebwerksteilen strömen kann. Beispielsweise weisen das Brennkaimnerinnengehäuse 18 und der Dichtungsträger 30 jeweils Löcher 16 bzw. 34 auf, während die Druckdichtung 24, die vorzugsweise ringförmig ist, eine insgesamt ringförmige Durchgangsöffnung 36 aufweist. Diese ringförmige öffnung 36 besteht gemäß Fig. 4 aus mehreren in gegenseitigem Umfangsabstand angeordneten Löchern 37, die gemeinsam die ringförmige öffnung 36 bilden. Die ringförmige öffnung 36 könnte statt dessen aus einer einzigen durchgehenden öffnung oder aus mehreren Löchern 37, die andere Formen als die in Fig. 4 gezeigte haben, bestehen. Der Einfachheit und der Übersichtlichkeit halber wird zwar im folgenden einfach auf eine "insgesamt ringförmige öffnung 36" Bezug genommen, es ist jedoch klar, daß diese öffnung jede der oben beschriebenen Konfigurationen haben könnte. Da die ringförmige Öffnung 36 in jedem geeigneten Teil innerhalb des Kühlluftkanals 20 statt in der Druckdichtung 24 vorgesehen werden könnte, wird darüber hinaus im folgenden die Öffnung 36 einfach als in einem "Teil 24" vorgesehen beschrieben.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, mittels welcher um eine insgesamt ringförmige öffnung, wie die öffnung 36, herum die Fluidströmung, wie beispielsweise die Hochdruckkühlluftströmung, durch die öffnung hindurch gleichmäßig beeinflußbar, d.h. steuerbar ist. Die Beeinflussung der durch die öffnung 36 hindurchgehenden Kühlluftmenge gestattet, die Kühlluftmenge zu verändern, die durch den Kühlluftkanal 20 zu Triebwerksteilen strömt. Bei niedrigen oder mittleren Leistungseinstellungen, bei denen die Triebwerksteile eine geringere Kühlung erfordern, kann die Kühlluftströmung ander öffnung 36 so beeinflußt wer-

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den, daß nur die benötigte Kühlluftmenge zugeführt wird. Die überschüssige Hochdruckluft, die zum Kühlen bei niedrigen oder mittleren Leistungseinstellungen nicht benötigt wird und in einem ungesteuerten Triebwerk vergeudete Hochdruckluft ist, wird in einem Triebwerk, das die Steuervorrichtung nach der Erfindung aufweist, für die Zufuhr zu der Brennkammer zur Verfügung gestellt. Als Ergebnis dessen braucht der Verdichter nicht so viel Arbeit zu leisten, und der Triebwerkswirkungsgrad wird verbessert. Die Erfindung wird zwar am Beispiel der Beeinflussung der Hochdruckkühlluft beschrieben, es ist jedoch klar, daß sie auch zum Beeinflussen jedes anderen Fluids und in Umgebungen, bei denen es sich nicht um Kühlluftkanäle handelt, erfolgreich eingesetzt werden kann.

Gemäß Fig. 2, die eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 1 zeigt, umfaßt die Erfindung ein Teil 24, das eine insgesamt ringförmige Durchgangsöffnung 36, einen verstellbaren Ventilring 38 und eine Betätigungseinrichtung für den Ventilring aufweist.

Das Teil 24 ist ein feststehendes Gebilde, das an irgendeinem anderen feststehenden Gebilde, wie dem Brennkammerinnengehäuse 18, befestigt sein kann, beispielsweise mittels Schrauben. Vorzugsweise hat das Teil 24 außerdem Durchgangslöcher 40, die immer offen und so angeordnet sind, daß, wenn der Ventilring 38 in einer geschlossenen Stellung ist, wie im folgenden beschrieben, die Löcher 40 eine Mindestströmung von Kühlluft durch das Teil 24 und somit durch den Kühlluftkanal 20 gestatten. Statt dessen könnte das Loch 4 0 irgendwo anders angeordnet sein, beispielsweise in dem Ventilring 38 selbst.

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Der verstellbare, vorzugsweise einstückige Ventilring 38 ist so angeordnet, daß er, wenn er in einer geschlossenen Stellung ist, an dem Teil 24 anliegt und die öffnung 36 bedeckt, wodurch die Kühlluftdurchströmung der öffnung 36 blockiert wird. Wenn der Ventilring 38 in einer offenen Stellung ist, hat er Abstand von dem Teil 24 und gestattet dadurch eine Kühlluftdurchströmung der öffnung 36. Die Menge an Kühlluft, die durch die öffnung 36 strömt, wenn der Ventilring 38 in der offenen Stellung ist, ist von den Abmessungen der öffnung 36 abhängig und wird durch den Grad der bei hohen Triebwerksleistungseinstellungen erforderlichen Kühlung vorbestimmt. Der Ventilring 38 kann außerdem auf irgendeine Zwischenstellung, wie in Fig. 2, zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung eingestellt werden, wenn eine mittlere Menge an Kühlluft benötigt wird.

Gemäß Fig. 2 ist die Stirnseite des Ventilringes 38, die das Teil 24 neben der öffnung 36 berührt, radial so bemessen, daß sie die öffnung 36 vollständig bedeckt, wenn der Ventilring in der geschlossenen Stellung ist. Der Ventilring 38 ist außerdem in Umfangsrichtung so bemessen, daß er mit der Ringform der öffnung 36 übereinstimmt.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist, daß sie die gleichmäßige Beeinflussung der Kühlluftdurchströmung der ringförmigen öffnung 36 an dieser öffnung gestattet. Mit "gleichmäßiger Beeinflussung" ist gemeint, daß im wesentlichen die gesamte öffnung umfangsmäßig blockiert ist, wenn der Ventilring 38 geschlossen ist, und daß im wesentlichen die gesamte öffnung umfangsmäßig unbedeckt und in gleichmäßigem Abstand von der Stirnseite des Ventilringe 38 ist, wenn dieser sich in einer Zwischenstellung oder einer geöffneten Stellung befindet. Diese gleichmäßige Beeinflussung führt zu einer wesentlichen Verringerung der Wärme-

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Spannungsprobleme, die bei bekannten Systemen mit ungleichmäßiger Beeinflussung auftreten, in denen gekrümmte Segmente einer ringförmigen öffnung versperrt werden, während andere Segmente nicht versperrt werden. Diese bekannten Anordnungen bewirken, daß einige der Teile des Gebildes, das der öffnung benachbart ist, durch die durch die öffnung hindurchströmende Luft mehr gekühlt werden als andere Teile, was zu thermischen Diskontinuitäten und zu Wärmespannungen führt.

Die gleichmäßige Beeinflussung der Kühlluft erfolgt durch axiales Verschieben des gesamten Ventilringes 38 zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung von der öffnung 36 weg und zu dieser hin. Mit "axial" ist gemeint, in einer Richtung parallel zu der Triebwerkslängsachse

Eine Anordnung, die die Axialverschiebung und somit das öffnen und Schließen des Ventilringes 38 gestattet, ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Der Ventilring 38 hat sich insgesamt axial erstreckende Flansche 44, die sich durchgehend über den Umfang des Ventilringes 38 erstrecken, was aber nicht unbedingt erforderlich ist. Das Teil 24 hat ebenfalls sich insgesamt axial erstreckende Flansche 46, die sich ebenfalls durchgehend über den Umfang des Teils 24 erstrecken, was aber ebenfalls nicht notwendigerweise der Fall sein muß. Mehrere Verbindungsglieder 48 verbinden den Ventilring 38 mit dem Teil 24. Vorzugsweise ist ein Ende jedes Verbindungsgliedes 48 mit den Flanschen 44 des Ventilringes 38 verbunden, während das andere Ende jedes Verbindungsgliedes 48 mit den Flanschen 46 des Teils 24 verbunden ist. Die Verbindung zwischen jedem Glied 48 und den Flanschen 44 und 46 erfolgt mittels Stiften 50 bzw. 52, die in Durchgangslöcher in den

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Verbindungsgliedern und den Flanschen eingeführt sind und jeweils an einem Ende einen vergrößerten Kopfteil haben. Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung ergibt eine formschlüssige Halterung der Stifte 50 und 52 sowie der Verbindungsglieder 48, die verhindert, daß sie sich lösen und in den Kühlluftströmungsweg gelangen. Gemäß Fig. 2 verhindern die Flansche 46, die von dem Teil 24 vorstehen, eine Radialbewegung der Stifte 50 in dem Venturing 38. Ein Haltering 54 ist an dem Teil 24 so befestigt, daß er sich über den Kopfteil des Stiftes 52 erstreckt und dadurch den Stift festhält.

Wenn das Teil 24 die Flansche 46 und den von ihm vorstehenden Haltering 54 aufweist, haben die Flansche und der Haltering Durchgangslöcher 56 bzw. 58, so daß die Kühlluft, die durch die öffnung 36 strömt, weiter in die zweite Kammer 26 und somit durch den Kühlluftkanal 20 strömen kann.

Gemäß den Fig. 3 und 4 sind die Verbindungsglieder 48 so angeordnet, daß, wenn dem Ventilring 38 eine Drehbewegung relativ zu dem Teil 24 gegeben wird, die Verbindungsglieder bewirken, daß sich der Ventilring 38 außerdem axial von dem Teil 24 und der öffnung 36 weg- oder zu diesen hinbewegt .

Die Erfindung beinhaltet eine Betätigungseinrichtung zum Positionieren des Ventilringes 38. Vorzugsweise bewirkt die Betätigungseinrichtung die Drehbewegung des Ventilringes 38 relativ zu dem Teil 24, wodurch sie den Verbindungsgliedern 48 gestattet, außerdem die Axialbewegung des Ventilringes zu bewirken, wie oben beschrieben. Zahlreiche Anordnungen von Betätigungseinrichtungen können bei der Erfindung erfolgreich benutzt werden. Die im fol-

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genden beschriebene Betätigungseinrichtung ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn der Stellantriebsteil der Betätigungseinrichtung mit Abstand von dem Ventilring 38 angeordnet werden soll. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Stellantriebsteil außerhalb des Kühlluftkanals 2 0 anzuordnen, um die Blockierung der Hochdruckkühlluftströmung in dem Kühlluftkanal zu reduzieren. Weiter kann es erwünscht sein, den Stellantriebsteil an der Außenseite des Triebwerks neben zugeordneten Steuerteilen und Rohrleitungen vorzusehen, um die Wartung und eine periodische Überprüfung zu erleichtern.

Gemäß Fig. 1 weist die Betätigungseinrichtung einen Stellantrieb 60 und wenigstens einen Verbindungsarm zum Verbinden des Stellantriebs 60 mit dem Ventilring 38 auf. In der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration ist eine Ausgangsstange 62 des Stellantriebs 60 mit einem ersten Verbindungsarm 64 verbunden, der mit einem Ende eines ersten Winkelhebels 66 verbunden ist. Der erste Winkelhebel 66 ist mit einem Drehpunkt 68 an einem Träger 70 verbunden und wandelt die insgesamt radiale Bewegung des ersten Verbindungsarms 64 in eine insgesamt axiale Bewegung eines zweiten Verbindungsarms 72 um, mit welchem der erste Winkelhebel 66 an seinem anderen Ende verbunden ist. Gemäß den Fig. 1, 2 und 3 ist der zweite Verbindungsarm 72 mit einem Ende eines zweiten Winkelhebels 74 verbunden. Der zweite Winkelhebel 74, der an einem Drehpunkt 7 6 mit einem Träger 78 verbunden ist, hat ein weiteres Ende, das sich durch die öffnung 36 erstreckt und mit dem Ventilring 38 verbunden ist. Bei Bedarf und gemäß der Darstellung in Fig. 3 dient ein Kugelgleitlager 80 zum Verbinden des zweiten Winkelhebels 74 mit dem Ventilring 38. Die insgesamt axiale Bewegung des zweiten Verbindungsarms 72 wird durch den zweiten Winkelhebel 74 in eine Drehbewegung des Ventilringes 38 umgewan-

delt, wodurch sich der Ventilring 38 aufgrund der Anordnung der Verbindungsglieder 48 zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung axial bewegt.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß sie leicht in ein bestehendes ungesteuertes Triebwerk eingebaut werden kann. Gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Träger 70 und 78, die die Winkelhebel 66 bzw. 74 tragen, mit dem Triebwerk an Stellen verschraubt, wo die dafür verwendeten Schrauben und 81 bereits für andere Zwecke benutzt werden. Ebenso sind der Haltering 54 und das Teil 24, das den Ventilring 38 und die Verbindungsglieder 48 trägt, mit dem Triebwerk unter Benutzung der Schraube 81 verschraubt. Weiter ist der Stellantrieb 60 an einer Hohlstrebe 83 am stromabwärtigen Ende des Verdichters befestigt, während die Ausgangsstange 62 und der erste Verbindungsarm 64 so angeordnet sind, daß sie sich durch die Hohlstrebe 83 erstrecken. An dem Aufbau eines ungesteuerten Triebwerks sind daher nur relativ geringfügige Änderungen erforderlich, um es nachträglich mit der Vorrichtung nach der Erfindung zu versehen. Selbstverständlich kann im Falle eines neu konstruierten Triebwerks die Erfindung als integraler Bestandteil der Konstruktion vorgesehen werden.

Der Stellantrieb 60 der Betätigungseinrichtung kann irgendeine Art von Stellantrieb sein, der die gewünschte Bewegung über die Verbindungsarme auf den Ventilring 38 ausübt. Beispielsweise ist der in Fig. 1 gezeigte Stellantrieb ein druckluftbetätigter Stellantrieb, der Hochdruckluft aus irgendeiner verfügbaren Quelle, wie dem Triebwerksverdichter, empfängt. Der Stellantrieb 60 enthält einen verschiebbaren Kolben 82, der mit der Ausgangsstange 62 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Kolben 82 doppelseitig, und der Stellantrieb 60 hat einen Ausfahrdruckkanal 84 und

einen Einfahrdruckkanal 86 zum Zuführen der Hochdruckluft zu der einen bzw. anderen Seite des Kolbens 82. Eine solche Anordnung stellt eine vibrationsmindernde Druckkanalanordnung dar, weil mit einem geeigneten Ventil eine Differenz im Luftdruck jederzeit auf den Kolben 82 ausgeübt wird. Als Ergebnis dessen sind der Kolben 82, die Ausgangsstange 62, die beiden Verbindungsarme 64 und 72, die beiden Winkelhebel 66 und 74 und der Ventilring 38 zu allen Zeiten zwangsläufig belastet. Diese zwangsläufige Belastung reduziert ein Zittern oder eine relative Schwingbewegung zwischen Teilen, verringert deshalb den Verschleiß und verlängert die Lebensdauer der Teile.

Die Erfindung kann einen oder mehrere Stellantriebe und zugeordnete Gruppen von Verbindungsarmen und Winkelhebeln enthalten. Mehrere Stellantriebe können erwünscht sein, um die richtige Drehbewegung von größeren Ventilringen 38 zu gewährleisten. Weiter kann es beispielsweise, wie oben bereits erwähnt, erwünscht sein, die Betätigungseinrichtung gemäß der Darstellung in Fig. 1 anzuordnen, wo sich der Stellantrieb 60 außerhalb des Kühlluftkanals 20 befindet. Diese Anordnung reduziert die Störung der Kühlluftströmung in dem Kühlluftkanal 20 und vereinfacht den Einbau der Erfindung. Außerdem ist die Befestigung der Stellantriebe an der Außenseite des Triebwerks neben zugeordneten Steuerteilen und den Stellantriebsleitungen erwünscht, um die Zugänglichkeit bei der Wartung und Überprüfung zu erleichtern.

Vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung so ausgelegt, daß sie den Ventilring 38 auf vorbestimmte Bedingungen hin positioniert. Eine solche vorbestimmte Bedingung könnte beispielsweise die Turbineneinlaßtemperatur des Triebwerks sein. Wenn die Turbineneinlaßtemperatur hoch ist, erfordert

so

die Turbine eine größere Menge an Kühlluft, und der Stellantrieb 60 verstellt deshalb den Ventilring 38 in Richtung der offenen Stellung. Wenn die Turbineneinlaßtemperatur niedriger ist, benötigt die Turbine weniger Kühlluft und der Stellantrieb 80 verstellt den Ventilring 38 in Richtung der geschlossenen Stellung.

Solche vorbestimmten Bedingungen können als Eingangssignal durch eine Steuereinheit 88 empfangen werden. Auf der Basis dieses Eingangssignals bewirkt die Steuereinheit 88, daß der Stellantrieb 60 den Ventilring 38 verstellt. Wenn der Stellantrieb 60 druckluftbetätigt ist, wie in Fig. 1, sendet die Steuereinheit 88 ein Signal zu einem Ventil 90, damit die geeignete Menge an Hochdruckluft dem Ausfahrdruckkanal 84 und dem Einfahrdruckkanal 86 zugeführt wird.

Die Betätigungseinrichtung kann Sicherungseinrichtungen enthalten. Beispielsweise kann sie eine Ventilringpositionkontrolleinrichtung zum Überwachen und Melden der Position des Stellantriebs 60 und somit- des Ventilringes 38 enthalten. Eine Anordnung der Kontrolleinrichtung ist in Fig. 1 gezeigt und enthält einen Signalschieberkolben 92, der auf einer Verlängerung 94 der Ausgangsstange 62 des Kolbens 82 befestigt ist. Hochdruckluft wird über eine Drosselöffnung 96 einem Einlaßkanal 98 über eine Zufuhrleitung 99 zugeführt. Die Hochdruckluft strömt durch das Innere des Stellantriebs 60 um den Signalschieberkolben 92 und tritt über eine Entlüftungsöffnung 100 aus. Zwischen der Drosselöffnung 96 und dem Einlaßkanal 98 befindet sich ein Druckfühler 102, der den Gegendruck in der Zufuhrleitung 99 abfühlt. Der Gegendruck in der Zufuhrleitung 99 wird sich in Abhängigkeit davon verändern, um wieviel der Einlaßkanal 98 durch den Signalschieberkol-

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ben 92 bedeckt ist, was wiederum die Position des Signalschieberkolbens und somit die Position des Ventilringes 38 anzeigt. Der Druckfühler 102 sendet dann seine Druckinformation als Rückführungssignal zu einem weiteren Eingang der Steuereinheit 88 und bei Bedarf zu einem Melder zur Positionskontrolle.

Die Erfindung weist vorzugsweise eine Sicherungseinrichtung auf, durch die der Ventilring 38 in eine offene Stellung gebracht wird, wenn vorbestimmte Bedingungen vorliegen, um dadurch eine überhitzung von Triebwerksteilen zu verhindern. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Konfiguration stellt ein Beispiel einer solchen Sicherungseinrichtung dar. Die gezeigte Sicherungseinrichtung enthält die Anordnung des Ventilringes 38 in bezug auf das Teil 24 und die Öffnung 36. Insbesondere ist der Ventilring 38 auf der stromabwärtigen Seite der Öffnung 36 angeordnet, d.h. auf der Seite der Öffnung 36, von der aus die Hochdruckkühlluft die Öffnung 36 verläßt, und ist direkt mit den Verbindungsgliedern 4 8 verbunden, die dem Ventilring ermöglichen, sich axial zu bewegen. Wenn eine vorbestimmte Bedingung eintritt, wie beispielsweise ein Ausfall der Hochdruckluftzufuhr zu dem Stellantrieb 60_# die dessen Ausfall bewirkt, oder eine Abtrennung des Stellantriebs 60 oder des Verbindungsarms 64 oder 72 von dem Ventilring 38, sind die natürliche Druckdifferenz an dem Verbindungsring 38 und die Verbindungsanordnung zwischen dem Ventilring und den Verbindungsgliedern 48 so, daß die durch die Öffnung strömende Hochdruckluft den Ventilring 38 in eine offene Stellung blasen wird. Die Sicherungseinrichtung ist in dieser Ausführungsform somit vorzugsweise von Haus aus vorhanden und ermöglicht, den Ventilring 38 unabhängig von der Betätigungseinrichtung zu öffnen.

Claims

Ansprüche:

( Ij/ Vor richtung zum gleichmäßigen Beeinflussen der Fluiddurchströmung einer insgesamt ringförmigen öffnung, gekennzeichnet durch:

a) ein Teil (24), das die insgesamt ringförmige öffnung (36) aufweist;

b) einen verstellbaren Ventilring (38) , der so angeordnet ist, daß er, wenn er in einer geschlossenen Stellung ist, an dem Teil (24) anliegt und die öffnung (36) bedeckt und dadurch die Fluiddurchströmung der öffnung blockiert,und, wenn er in einer offenen Stellung ist, Abstand von dem Teil (24) und von der öffnung (36) aufweist und dadurch die Fluiddurchströmung der öffnung gestattet; und

c) eine Betätigungseinrichtung (60) zum Verstellen des Ventilringes (38).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (24) Löcher (40) aufweist, die eine Mindestfluid-

strömung durch das Teil gestattet, wenn der Ventilring (38) in einer geschlossenen Stellung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung zum Verstellen des Ventilringes (38) in eine offene Stellung im Falle einer vorbestimmten Bedingung.
' 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilring (38) mit dem Teil (24) über mehrere Verbindungsglieder (48) verbunden ist, die so angeordnet sind, daß eine Drehbewegung des Ventilringes relativ zu dem Teil über die Verbindungsglieder eine Axialbewegung des Ventilringes zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung bewirkt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (60) so aufgebaut ist, daß der Ventilring (38) auf ausgewählte Weise gedreht und dadurch dessen Axialbewegung zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung bewirkt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (60) so ausgelegt ist, daß der Ventilring (38) auf vorbestimmte Bedingungen hin verstellt wird.
7. Vorrichtung zum gleichmäßigen Beeinflussen der Kühlluftdurchströmung einer insgesamt ringförmigen öffnung in einem Gasturbinentriebwerk, das einen Kühlluftkanal zur Zufuhr von Kühlluft zu Triebwerksteilen enthält, wobei ein Teil des Kühlluftkanals durch die ringförmige öffnung gebildet wird, gekennzeichnet durch:

a) ein Teil (24), das die insgesamt ringförmige öffnung (36) aufweist;

b) einen verstellbaren Ventilring (38), der mit dem Teil über mehrere Verbindungsglieder (48) verbunden ist, wobei der Ventilring und die Verbindungsglieder so angeordnet sind, daß der Ventilring, wenn er in einer geschlossenen Stellung ist, an dem Teil anliegt und die öffnung vollständig bedeckt und dadurch die Strömung der Luft durch die öffnung blockiert, und daß eine Drehbewegung des Ventilringes relativ zu dem Teil über die Verbindungsglieder eine Axialbewegung des Ventilringes zwischen der geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung bewirkt, wobei der Ventilring, wenn er in der offenen Stellung ist, Abstand von dem Teil und der öffnung aufweist, um dadurch die Strömung von Luft durch die öffnung zu gestatten; und

c) eine Betätigungseinrichtung (60, 64) zum Hervorrufen der Drehbewegung und dadurch Verstellen des Ventilringes, wobei die Betätigungseinrichtung wenigstens einen Stellantrieb (60) und wenigstens einen Verbindungsarm (64) zum Verbinden jedes Stellantriebs (60) mit dem Ventilring (38) enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinrichtung zum Verstellen des Ventilringes (38) in die offene Stellung im Falle von vorbestimmten Bedingungen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (24) Löcher $0) aufweist, die eine Mindestströmung von Luft durch den Kühlluftkanal (20) gestatten, wenn der Ventilring (38) in einer geschlossenen Stellung ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung so angeordnet ist, daß sich der Stellantrieb (60) außerhalb des Kühlluftkanals (20) befindet.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (60) druckluftbetätigt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (60) einen verschiebbaren, doppelseitigen Kolben (82) enthält, dessen Bewegung auf den Verbindungsarm (64) übertragen wird, und daß der Stellantrieb weiter eine vibrationsmindernde Druckkanalanordnung mit einem Ausfahrdruckkanal (84) und einem Einfahrdruckkanal (86) aufweist, mittels welcher der Kolben (82) zu allen Zeiten mit einer Luftdruckdifferenz beaufschlagt wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung wenigstens einen Winkelhebel (66) aufweist, von welchem ein Ende mit dem Verbindungsarm (64) und das andere Ende mit dem Ventilring (38) verbunden ist, um dem Ventilring von dem Verbindungsarm aus die Drehbewegung zu verleihen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung mehrere Stellantriebe (60) und Verbindungsarme (64, 72) enthält.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Winkelhebel (66, 74) mit dem Ventilring (38) über ein Kugelgleitlager (80) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch eine Ventilringpositionskontrolleinrich-

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tung (92).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungseinrichtung die Anordnung des Ventilringes (38) auf der stromabwärtigen Seite der Öffnung (36) und die Verbindung des Ventilrings mit den Verbindungsgliedern (48) beinhaltet, wodurch im Falle eines vorbestimmten Ausfalls der Betätigungseinrichtung (60) eine Luftdruckdifferenz an dem Ventilring (38) diesen in eine offene Stellung bringt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungsglied (48) mit dem Teil (24) durch einen Stift (52) verbunden ist, der in Löcher in dem Teil (24) und dem Verbindungsglied (48) eingeführt ist, wobei die Stifte (52) jeweils einen vergrößerten Kopfteil haben und wobei das Teil (24) einen Haltering (54) aufweist, der an ihm befestigbar ist und an den Kopfteilen anliegt und dadurch die Stifte festhält.