DE3542762A1

DE3542762A1 - Einrichtung zur steuerung oder regelung von gasturbinentriebwerken bzw. gasturbinenstrahltriebwerken

Info

Publication number: DE3542762A1
Application number: DE19853542762
Authority: DE
Inventors: Gerhard Zaehring; Christian Prodehl
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1987-06-11
Also published as: JPH0217720B2; FR2592684B1; GB8628999D0; US4740138A; JPH0366519B2; IT8622567A0; GB2184168B; JPS62218699A; JPS62168997A; FR2592684A1; DE3542762C2; GB2184165A; GB8629000D0; GB2184165B; IT1213392B; GB2184168A; US4752182A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Verdichterregelung und Verhütung des "Verdichter pumpens" ist es bekannt, axial durchströmte Verdichter mit verstellbaren Leitschaufeln auszustatten; dies erfordert im allgemeinen einen vergleichsweise hohen Verstell mittelaufwand, zumal es u.a. darum geht, die Schaufel verstellkraft möglichst gleichförmig auf sämtliche Ver stellschaufeln eines Gitters übertragen zu wollen, um damit etwaigen mechanisch bedingten Verklemmungsfaktoren entgegenzuwirken; neben dem genannten mechanisch ver gleichsweise hohen Aufwand kann die Leitschaufelverstell genauigkeit durch triebwerksaufbauseitig bedingte thermische bzw. thermisch differierende Belastungen sowie Reibbelastungen der Leitschaufelverstellkomponenten stark beeinträchtigt werden. Zusätzliche wäremedehnungs kompensatorische bzw. reibungsminimierende Einbauten oder Bauteilauslegungen erhöhen die Kompliziertheit und damit auch zumindest teilweise wiederum die Stör anfälligkeit des gesamten Leitschaufelverstellsystems.

Ein im eingangs genannten Sinne erörtertes Leitschaufel verstellsystem für Gasturbinentriebwerke ist z.B. aus der CH-PS 2 88 242 bekannt. In diesem bekannten Fall soll u.a. durch einseitig von außen, also über die betreffende Verdichter- oder Turbinengehäusestruktur geführten Verstellkrafteingriff an einen örtlich ver längerten Schaufeldrehzapfen die übrige Schaufelverstellung erfolgen, indem ein Schaufelverstellring vorgesehen ist, der sich koaxial an Rollen einer ringförmigen Trag struktur in Umfangsrichtung verdrehbar abstützt und somit die einseitig in ihn eingeleitete Verstellkraft auf übrige Leitschaufeln überträgt, die mit ihren Verstell hebelzapfen in Nuten des Verstellrings eingreifen.

Der eingangs erwähnte, vergleichsweise hohe Verstellmittel aufwand ergibt sich auch bei bekannten verstellbaren Diffusoren von Radialverdichtern. Dort kann durch Auf drehen der betreffenden Diffusorleitschaufeln der je weilige Strömungsquerschnitt bzw. Engquerschnitt zwischen den benachbarten Leitschaufeln erweitert werden, um so mit eine größere Kennfeldbreite des Verdichters zu er möglichen.

Ein derartiger Diffusor eines Radialverdichters ist z.B. aus der DE-OS 24 28 969 bekannt. Dabei sind die Diffusor leitschaufeln - von innen nach außen gesehen - sich jeweils gleichförmig keilförmig erweiternd ausgebildet sowie jeweils um einen verhältnismäßig weit stromauf liegenden Drehzapfen verschwenkbar. Die gemeinsame Schaufelverstellung erfolgt im Wege eines koaxial entlang der betreffenden Diffusorwand verdrehbaren Schaufelverstellrings, der mittels Zapfen in jeweils gleichförmig ausgebildete und angeordnete Ausgangslöcher der Diffusorschaufeln eingreift. Demnach erfordert auch diese bekannte Lösung einen vergleichsweise hohen Schaufel verstellmittelaufwand.

Einen hohen Verstellmittelaufwand sowie komplizierten und sensiblen Diffusorleitschaufelbauaufwand begleiten ferner eine aus der DE-PS 31 47 334 bekannte Einrichtung zur Steuerung der engsten Strömungsquerschnitte zwischen den Diffusorleitschaufeln eines Radialverdichters für Gasturbinentriebwerke, wobei die Diffusorleitschaufeln die Schaufeldruck- und Saugseite untereinander verbindende Bypasskanäle aufweisen sollen.

Es sind ferner Strahltriebwerke mit variablem Kreisprozeß bekannt, deren Schub- und Verbrauchscharakteristik in einem bestimmten Bereich verändert werden kann. Die Ver änderung der Triebwerkscharakteristiken erfolgt dabei durch die Variationen der Massenströme innerhalb des Trieb werks, 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, bewerk stelligt wird. Allen derartigen Triebwerken ist eine veränderbare Aufteilung des Massenstroms hinter dem Niederdruckverdichter auf Kern- und Mantelstrom durch einen verstellbaren Strömungsteiler gemeinsam.

Es bereitet dabei nicht unerhebliche technische Schwierig keiten, den Strömungsteiler einschließlich dessen Ver stellmechanismus so auszubilden bzw. so zwischen dem Kern und Mantelstromkanal des Triebwerks anzuordnen, daß mög lichst keine Vergrößerung des Triebwerksaußendurchmessers gegenüber einem äquivalenten Triebwerk mit festem Kreis prozeß erforderlich ist, und daß weiter keine die Strömung im Kern- und Mantelstromkanal beeinflussende zusätzliche Einbauten erforderlich werden.

Diese genannte Schwierigkeit sucht eine aus der DE-OS 28 34 860 bekannte Lösung dadurch zu beheben, daß der Strömungsteiler ein aus Hauptklappen und mit diesen gleichzeitig verschwenkbar Nebenklappen gebildeter Klappenverband ist, dessen Verstellmittel im wesentlichen innerhalb eines stationären Gehäuseringraums angeordnet sind, der zwischen einem inneren und einem äußeren ring förmigen Strömungskanal des Triebwerks liegt.

Auch diese bekannte Lösung dürfte demnach nur mit hohem Verstellmittelaufwand realisierbar sein.

Die beschriebene Art des Verstellmechanismus erzwingt nach wie vor noch radiale Aufweitung des genannten Ge häuseringraums, die wiederum mit dem Nachteil eines entsprechend großen Triebwerksdurchmessers verknüpft ist. Außerdem kann auf nicht unwesentliche zusätzliche Einbauten (Steckwellenführung für den Antrieb) nicht verzichtet werden.

Im übrigen sind sämtliche zuvor erörterten bekannten Verstellsysteme mit dem Nachteil eines verhältnismäßig hohen Eigengewichts verknüpft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die bei einem extrem geringen mechanischen Verstellmittelaufwand gewichtlich leicht ist und unter extrem geringer Raumbeanspruchung eine genaue zuver lässige Steuerung oder Regelung gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Einrichtung nach der eingangs genannten Art (Oberbegriff des Patent anspruchs 1) durch die im Kennzeichnungsteil des Patent anspruchs 1 enthaltenen Erfindungsmerkmale gelöst.

Bei Bimetallen handelt es sich bekanntlich um die Verbindung zweier Metallstreifen verschieden großer Wärmedehnung (unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffi zienten), die z.B. durch Schweißung oder Verklebung miteinander verbunden sind, wobei sich die Streifen kombination bei einer Temperaturänderung krümmt.

Im Hinblick auf die eingangs erwähnten traditionellen, extrem aufwendigen Verstellsysteme für Schieber, Klappen, Schaufeln, Strömungsteiler oder dergleichen bei Gas turbinentriebwerken stellt somit die Erfindung, insbe sondere nach Anspruch 1, einen erheblichen technischen Entwicklungssprung gegenüber Bekanntem dar; dies gilt auch im Hinblick auf den erfindungsgemäßen Ausbildungs und Anwendungsumfang sogenannter "Memory-Legierungsbauteile oder -werkstoffe".

Der Begriff "Memory-Legierungen" bzw. des "Memoryeffektes" rührt aus der ursprünglich gemachten Erkenntnis her, daß eine bestimmte Legierung bei Über- oder Unterschreitung charakteristischer Temperaturwerte zwischen zwei Gefüge phasen im Festzustand wechseln kann. Besonders ausge prägt und exakt tritt dieser "Memory-Effekt" im Rahmen der in das Schutzbegehren der vorliegenden Erfindung miteingeschlossenen Nickel-Titanlegierung auf.

Der Begriff des "Memory-Effekts" beruht also auf dem experimentell gewonnenen Eindruck, daß das betreffende Legierungsbauteil sich an seine frühere Form "erinnert", wodurch Begriffe wie "Formgedächtnis-Effekt" (englisch: shape memory effect) geprägt wurden.

Im Rahmen der Erfindung wird davon ausgegangen, daß das betreffende "Memory-Element", z.B. als Absperr- oder Steuerelement, eine ihm bei niedriger Temperatur mechanisch aufgeprägte Form zunächst unverändert selbst dann beibe hält, wenn die Beaufschlagungstemperatur ansteigt. Erst, wenn diese Beaufschlagungstemperatur einen sogenannten "Schwellenwert" überschreitet, "erinnert" sich das be treffende Bauteile an seinen ursprünglichen Formzustand, geht also in seine ursprüngliche Form über. Im Wege dieser Rückverformung ist das betreffende Bauteil im Stande, mechanische Arbeit zu leisten, also z.B. auch als An triebsquelle zur Steuerung z.B. einer Schaufel oder Absperrklappe verwendet zu werden.

Während also bei einem Bimetallbauteil die beiden hin sichtlich Wärmedehnung stark differierenden Streifen den gewünschten variablen Verformungseffekt erzeugen, sind dafür beim Memory-Effekt zwei sich unterschiedlich ausbildende Werkstoffkristallstrukturen verantwortlich.

Während ferner beim Bimetall-Bauteil, bei entsprechender Erwärmung, eine stetige Verformung zugrunde gelegt werden kann, muß beim Memory-Bauteil eher eine plötzliche oder "sprunghafte" Verformung zugrundegelegt werden, d.h. der Übergang zwischen den beiden Formzuständen findet in einem Temperaturbereich von nur wenigen Grad C statt.

Im Wege der reinen Gefügewandlung ergeben sich somit beim Memory-Bauteil praktisch keine Reib- oder anderweitige Ver schleißerscheinungen; das erfindungsgemäße Material hierzu kann als "dauerfest" bezeichnet werden. Letzteres gilt sinngemäß auch für die betreffenden Bimetall-Werkstoff- Auswahl nach der Erfindung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 26.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung vornehmlich im Rahmen eines Radialdiffusorleitschaufelsteuerkonzepts für ein Gasturbinentriebwerk erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen axparallelen Schnitt einer Radialver dichtersektion nebst Diffusor,

Fig. 2 einen axnormalen Teilschnitt des Verdichters nebst Diffusor nach Fig. 1,

Fig. 3 ein aus der Ansicht nach Fig. 2, jedoch unter einem abweichenden Anstellwinkel wiedergegebenes anströmseitiges Ende einer Diffusorleitschaufel nebst als Memory legierungsbauteil ausgebildetem Klappen element, in zwei verschiedenen Endstellungen,

Fig. 4 eine in Blickrichtung A der Fig. 3 gesehene Diffusorsektion,

Fig. 5 eine Darstellung im Sinne der Fig. 3, jedoch mit als Bimetallbauteil ausgebildetem Klappen element,

Fig. 6 eine in Blickrichtung A der Fig. 5 gesehene Diffusorsektion,

Fig. 7 ein im Sinne der Fig. 3 und 5 wieder gegebenes anströmseitiges Diffusorleit schaufelende, jedoch unter Verkörperung einer Drehzapfenlagerung des Klappen elements,

Fig. 8 eine aus der Blickrichtung A der Fig. 7 wiedergegebene Diffusorsektion unter Zu ordnung eines gehäuseseitig einseitig dreh fest verankerten, von einer Heizspirale umwickelten Drehzapfenabschnitts, wahl weise als Memory-Legierungs-Bauteil sowie tordiert oder als Bimetall-Bauteil ausgebildet,

Fig. 9 eine aus der Blickrichtung A der Fig. 7 wiedergegebene Diffusorsektion unter Zu ordnung eines gehäuseseitig drehfest verankerten, in Abweichung von Fig. 8 jedoch in einer Einzelluftkammer ange ordneten Drehzapfenabschnitts, wahlweise als Memory-Legierungs-Bauteil sowie tor diert oder als Bimetall-Bauteil ausge bildet,

Fig. 10 eine aus der Blickrichtung A der Fig. 7 wiedergegebene Diffusorsektion unter Zu ordnung eines in Abweichung von Fig. 8 und 9 gehäuseseitig allseitig verdrehbar gelagerten Drehzapfens, dessen einer Endabschnitt hier mit einer Bimetall- Spirale in einem dafür vorgesehenen scheibenförmigen Raum gekoppelt ist,

Fig. 11 einen Schnitt gemäß B-B der Fig. 10,

Fig. 12 eine aus der Blickrichtung A der Fig. 7 wiedergegebene Diffusorsektion, worin in Abweichung von Fig. 8, 9 und 10 eine beidseitig über einen Hebel an ein Dreh zapfenende angreifende Memoryfeder steuerung aufgezeigt ist und

Fig. 13 die aus Blickrichtung B der Fig. 12 gesehene, bezüglich der betreffenden Federgehäuse aufgeschnitten dargestellte Memoryfedersteuerung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Radialverdichterstufe dargestellt mit dem Laufrad 1 und den daran befestigten Radialverdichterlaufschaufeln 2. Dem Radialverdichter laufradaustritt ist ein Radialdiffusor 3 nachgeschaltet mit den Radialdiffusorleitschaufeln 4, wobei der Radial diffusor 3 austrittsseitig in einen Rohrkrümmer 5 ein mündet, der mit einer Luftsammelspirale 6 verbunden ist, über welche die komprimierte Luft einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennkammer eines Gasturbinentrieb werks zugeführt werden kann. Mit dem Radialverdichter laufrad 1 wird also die von außen über die Welle zuge führte Antriebsenergie in potentielle und kinetische Energie des Strömungsmediums umgewandelt. In dem mit den Leitschaufeln 4 versehenen Diffusor 3 wird dann die kinetische Energie durch Verzögerung noch teilweise in potentielle Energie (Druck) umgewandelt. Die genannte Verzögerung wird durch die Kontur der Diffusorleitschaufeln 4 bestimmt. Den minimalen Durchsatz begrenzen die Diffusor engflächen 7 (Fig. 2). Durch Öffnen der Bypasskanäle 8 läßt sich also die jeweilige Diffusorengfläche 7 und damit auch der Durchsatz erweitern.

Nach Fig. 3 und 4 fungieren die Elemente als Steuer- bzw. Absperrklappen 9 der Bypasskanäle 8, wobei die Klappen in einer ersten Endstellung (Teillaststellung/Bypassdurch strömquerschnitt 8 gänzlich geöffnet) in eine Ausnehmung einer vorderen Schaufelsektion bündig eingefahren sind. In einer zweiten Endstellung (Vollaststellung/Bypassdurch strömquerschnitt 8 gänzlich verschlossen) soll die Klappe 9 die Schaufelsaugseite bündig verriegeln. Je nachdem, ob die Klappe 9 als Bimetallelement ausgebildet oder aus einer Memory-Legierung gefertigt ist, kann die Steuerung der Diffusorengflächen 7 kontinuierlich (Bimetallelement) oder sprunghaft (Memorylegierung) in Relation zur vorgegebenen Verformungs- oder Umschlags- bzw. Schwelltemperatur er folgen. Die Verformung der Klappe 9 aus der Teillast stellung in die Vollaststellung (gestrichelt dargestellte Position) erfolgt also bei Überschreitung einer vorge gebenen Temperaturerhöhung der in den Diffusor 3 ein strömenden Verdichterluft L. Bei Unterschreitung einer vorgegebenen Lufttemperatur (Bimetall) wird die Klappe 9 in die erste bzw. Teillaststellung zurückverformt. Im Falle einer Memory-Legierung "erinnert" sich die Klappe 9 bei Erreichung einer vorgegebenen Verformungstemperatur (Umschlagstemperatur) an die ihr ursprünglich aufge prägte Verformung gemäß der Vollaststellung und wandert bei entsprechender Verformungstemperaturunterschreitung verhältnismäßig rasch wieder in die erste bzw. Teillast stellung zurück.

Gemäß Fig. 4 können die im Sinne von Steuer- bzw. Ab sperrklappen 9 wirkenden Elemente am einen von der steuernden Verformung nicht betroffenen vorderen Ende 10 über beidseitig radial auskragende Endabschnitte 11, 12 mit benachbarten Gehäusestrukturbauteilen bzw. Leitwand abschnitten 13, 14 des Diffusors 3 fest vergossen - ge gossener Diffusor - oder mit diesen 13, 14 durch örtliches Einlegen fest verbunden sein - geschweißter Diffusor.

Demnach sind die hier z.B. im Sinne von Klappen 9 wirkenden Elemente in einer in Bezug auf deren Ende 10 endflächen parallelen Ebene teilweise örtlich festgelegt; in Bezug auf diese Ebene können also die Elemente klappenartig im Sinne einer kontinuierlichen (Bimetall) oder sprunghaften (Memory-Legierung) Steuerbewegung als Funktion einer betriebsbedingt vorgegebenen Temperaturüber- oder -unter schreitung, hier z.B. der zugeführten Verdichterluft S, wahlweise unterschiedlich verformt werden.

Nicht weiter dargestellt, wäre es aber auch durchaus möglich, die klappenartigen Elemente entlang des gesamten endflächenparallelen, von der steuernden Verformung nicht betroffenen Endes 10 (Fig. 4) örtlich festzulegen, ähnlich in der Weise wie es z.B. bei eingangs erwähnten Bimetall meßwerken schon vorgeschlagen worden ist.

Im allgemeinen können also derartige (Klappen 9 - Fig. 3 und 4) oder ähnliche Elemente auf eine vorgegebene Verdichter- oder Gebläselufttemperaturänderung eines Gasturbinentriebwerks verformungsansprechend ausgebildet sein.

Gemäß der gegenüber Fig. 3 und 4 weiter ausgestalteten Variante nach Fig. 5 und 6 soll die verformungsspezifische Temperaturüber- oder -unterschreitung durch elektrische Beheizung des in der Funktion einer Klappe 9 ausgebildeten Bimetallbauteils erfolgen.In der mit voll ausgezogenen Linien dargestellten, eingefahrenen Teillaststellung sind ferner die beiden mit extrem unterschiedlichen Wärme ausdehnungskoeffizienten ausgestatteten zwei Material streifen mit 15, 16 bezeichnet. Für die elektrische Be heizung kann z.B. eine einseitig auf die betreffende Klappe 9 aufgewickelte Heizschlange 17 vorgesehen sein (Fig. 6). Genauer ausgedrückt, kann also - wie dargestellt - die elektrisch isolierte Heizschlange 17 auf die Außen fläche des hier mit dem extrem niedrigen Wärmeaus dehnungskoeffizienten ausgestatteten Materialstreifens 16 aufgebracht sein. Die Heizschlange 17 könnte durchaus auch in die Klappe 9 integriert sein, sei es ob nun die Klappe 9 als Bimetall- oder Memory-Legierungs- Bauteil auszubilden wäre.

Anstelle der zuvor erwähnten und dargestellten Heizschlange 17 könnte in sinngemäßer Verformungsfunktionsweise auch ein elektrisch beheizter Stabheizkörper vorgesehen sein. Der jeweilige Stabheizkörper könnte dabei in einer Achsbohrung eines Drehzapfens bzw. dessen Verlängerung des hierbei als "reine" verschwenkbare Klappe auszubildenden Absperr elements angeordnet sein.

Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Variante nach Fig. 7 und 8 soll ein Drehzapfenabschnitt bzw. eine Dreh zapfenverlängerung 17′ als Bimetall-Bauteil oder Memory- Legierungs-Bauteil ausgebildet sein, wobei das eine Dreh zapfenende 18 gehäuseseitig bzw. an einem weiteren Ge häuseabschnitt 19 fest angeordnet, der übrige Teil 20, 21 gehäuseseitig in den Leitwänden 13, 14 verdrehbar ge lagert ist.

Sofern anstelle eines Bimetall-Bauteils eine Memory- Legierung bei Fig. 7 und 8 vorzusehen wäre, könnte somit der als Memory-Legierungs-Bauteil ausgebildete Dreh zapfenabschnitt, bzw. die betreffende Drehzapfenver längerung 17′, zusätzlich tordiert ausgebildet sein. Es handelt sich dabei also um eine "Form-Gedächtnis-Torsion", an die sich der Werkstoff zwecks Erreichung der Vollast stellung "erinnert", wenn die vorgegebene Heiztemperatur überschritten wird. Fig. 8 veranschaulicht ferner eine um eine betreffende Drehzapfenverlängerung 17′ gleichförmig schraubenförmig gewickelte, stationäre elektrische Widerstandsheizspirale 17.

Erfindungsgemäß (Fig. 9) kann ferner die jeweilige Dreh zapfenverlängerung in eine für alle Drehzapfen gemeinsame Ringkammer oder in eine zugeordnete Einzelkammer 22 einge baut sein, wobei die Ringkammer bzw. die jeweilige Einzel kammer mittels aus dem Kreisprozeß entnommer, auf den gewünschten Verformungsumschlagspunkt abgestimmt temperierter Prozeßluft beaufschlagbar ist. Dabei kann die Klappe 9 wiederum entlang der Zapfenabschnitte 20, 21 in den Diffusor leitwänden 13, 14 verschwenkbar gelagert sein, wobei z.B. die Verlängerung 17′ des Drehzapfens wiederum wahlweise als Bimetall-Bauteil oder Memory-Bauteil ausgebildet sein kann und das eine Ende 18 fest mit dem Gehäuseabschnitt 19 verbunden ist. Sofern die Zapfenverlängerung 17 als Memory-Bauteil ausgebildet ist, kann dieses wiederum in der zu Fig. 8 schon genannten Weise tordiert sein.

Die genannte Ringkammer oder die Einzelkammern 22 (Fig. 9) - können koaxial zur Triebwerksachse angeordnet sein.

Vorteilhaft sollten ferner, und wie in Fig. 9 dargestellt, die Einzelkammern 22 rotationssymmetrisch zur betreffenden Zapfenachse 23 ausgebildet sein.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gegenüber Fig. 8 und 9 im wesentlichen unveränderte Bauteile er läutern Fig. 10 und 11 eine Variante, bei der das Bimetall bauteil als eine den Drehzapfen bzw. dessen Verlängerung 17′ umschlingende Spirale 24 ausgebildet ist, wobei die Spirale 24 am einen Ende mit der Drehzapfenverlängerung 17′, am anderen Ende in der örtlichen Umgebung aus der betreffenden gehäuseseitig ausgebildeter Einzelkammer 25 (Fig. 11) in einem Punkte 26 festgelegt ist. Gemäß Fig. 10 ist also die Klappe 9 sowohl über 20, 21 an den Diffusorleitwänden 13, 14 sowie mit dem einen äußersten Drehzapfenende 18 an dem die Einzelkammer 25 ausbildenden Gehäusekörper 27 (Fig. 10) verdrehbar gelagert.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung nach Fig. 12 und 13 sollen unter Zugrundelegung einer beidendseitigen Zapfen drehlagerung 20, 21 des betreffenden Elements, hier also wieder z.B. der Klappe 9, zwei jeweils von einer Seite an einen Hebelarm 27 des Drehzapfens bzw. dessen Ver längerung 17′ angreifende, aus einer Memorylegierung gefertigte Federbauteile 28, 29 vorgesehen sein, von denen, bei Erreichen der jeweils gleichen Verformungs umschlagstemperatur, die eine derart gestreckt und die andere derart zusammengezogen wird, daß eine be triebsgemäß vorgegebene Temperaturänderung die gewünschte Klappenverstellung bewirkt. Wie ferner aus Fig. 12 und 13 ersichtlich, können die aus einer Memorylegierung ge fertigten Federbauteile 28, 29 in Gehäusekörper 30, 31 eingesetzt sein, in denen sie sich mit jeweils einem Ende abstützen, während die übrigen Federbauteilenden, als frei bewegliche Arme 32, 33 durch betreffende Gehäuse deckelöffnungen geführt, an den Hebelarm 27 angreifen. Auch diese Federbauteile 28, 29 können elektrisch beheizt oder im Wege geeignet zugeführter Kreisprozeßluft vorteil haft als Funktion des Triebwerkszustands gesteuert werden.

Eine besonders vorteilhafte Steuerung z.B. der Eng querschnitte 7 (Fig. 2) ergibt sich in Abstimmung auf triebwerksvariable im Rahmen des aero-thermodynamischen Kreisprozesses dadurch, daß die luft- oder heizungs seitig bereitgestellte Verformungsumschlagstemperatur von einem Triebwerksregler gesteuert werden kann.

Abweichend von zuvor behandelten Ausführungsbeispielen kann die Erfindung auch dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn sinngemäß mindestens ein etwa in der Art der zuvor erwähnten Klappenausbildung und -anordnung gefertigtes Element einen verdichtergehäuseseitigen Strömungsquerschnitt zur Verdichterluftabblasung steuern soll. Hier können z.B. eine oder mehrere Zwischenstufenöffnungen im Hochdruckver dichtergehäuse wahlweise geöffnet oder abgesperrt werden, und zwar z.B. beim axial durchströmten Hochdruckverdichter eines Strahltriebwerks.

Ferner kann die Erfindung im Sinne mehrerer gleichförmig über dem Umfang verteilter derartiger Elemente zur Steuerung variabler Durchströmquerschnitte eines Gas turbinenstrahltriebwerks mit variablem Kreisprozeß vorgesehen sein, unter Hinweis auf den Sachgegenstand im Rahmen der eingangs behandelten bekannten Lösung nach der DE-OS 28 34 860.

Der Erfindungsgegenstand kann ferner in sinngemäßer Ab wandlung der zuvor genannten Elemente zur Optimierung der aerodynamischen Schaufelgeometrie vorgesehen sein. Bei einer Variante hierzu können die Elemente als Bimetall bauteile oder Memory-Legierungsbauteile gefertigt, gänzlich oder teilweise Wandabschnitte eines hinsichtlich der Profildicke verformbaren Schaufelkörpers sein.

In Abwandlung der zuletzt genannten Variante könnten ferner die druck- und/oder saugseitig aufweitbaren Schaufelwand abschnitte mittels im Schaufelhohlraum angeordneter Bi metallbauteile oder Memory-Legierungsbauteile steuerbar sein.

Ein besonders vorteilhafter und wirksamer Einsatz der Einrichtung ergibt sich dadurch, daß die Bimetallbauteile einerseits aus Nickel-Mangan-Stahl (große Wärmedehnung) und andererseits aus Nickel-Stahl (kleine Wärmedehnung) gefertigt sind.

Die Memory-Legierungsbauteile sollten vorteilhafterweise z.B. aus NiTi - oder CuZnAl - oder CuAlNi-Legierungen gefertigt sein.

Z.B. gemäß Fig. 5 bis 8 können die als Absperrklappen fungierenden Elemente 9 (Fig. 5 und 6) bzw. deren Steuer bauteile (Fig. 8), hier also die betreffende Drehzapfen verlängerung 17′, am betreffenden örtlichen Festlegungs ende 10 integral mit örtlich benachbarten Statorsektionen 13, 14 (Fig. 6) bzw. 19 (Fig. 8) verbunden sein. In nicht weiter dargestellter Weise schließt die Erfindung selbst verständlich die Möglichkeit mit ein, das für die be treffende Steuer- oder Absperrfunktion verantwortliche Element mit einer zugehörigen stationären Schaufelsektion integral zu verbinden.

Wie sinngemäß bereits erwähnt, kann also das für die Steuerung verantwortliche Element schon im Wege der Herstellung der betreffenden Einrichtung werkstoffein heitlich mit benachbarten Strukturen des Gehäuses des Triebwerks bzw. des Verdichters vergossen werden unter Berücksichtigung von Mindestspalten entlang des vom Ver bindungsende aus im gewünschten Umfange zu verformenden Steuerelements.

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von ein- oder mehrkreisigen Gasturbinentriebwerken bzw. Strahltrieb werken mit an oder in von Kompressor- und/oder Ge bläseluft beaufschlagten Strömungskanälen in Anpassung an variable Betriebszustände verstellbar angeordneten Elementen, z.B. Leitwänden, Absperrklappen, Strömungs teilern, Schaufeln oder dergleichen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Elemente (9) sind als Bimetallbauteile oder Memorylegierungsbauteile ausgebildet bzw. mit mindestens einem derartigen Bauteil (17′) kraftschlüssig verbunden;
b) die Elemente (9) sind an einem Ende (10) zu mindest teilweise örtlich festgelegt;
c) von diesem Ende (10) aus werden die Elemente (9) im Sinne einer Steuerbewegung als Funktion einer betriebsbedingt vorgegebenen Temperatur über- oder -unterschreitung unterschiedlich verformt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9) entlang eines end flächenparallelen, von der steuernden Verformung nicht betroffenen Endes (10) örtlich festgelegt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Elemente (9) auf eine vorgegebene Verdichter- oder Gebläselufttemperaturänderung ver formungsansprechend ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die verformungsspezifische Temperatur über- oder -unterschreitung durch elektrische Be heizung der Bimetall- oder Memorylegierungsbauteile erfolgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrische Beheizung eine auf das be treffende Bauteil oder Element (9) aufgewickelte bzw. darin integrierte Heizschlange (17) vorgesehen ist (Fig. 6).

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrische Beheizung Stabheizkörper vor gesehen sind.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreh zapfenabschnitt oder eine Drehzapfenverlängerung (17′) als Bimetallbauteil oder Memorylegierungsbau teil ausgebildet ist, wobei das eine Drehzapfenende (18) gehäuseseitig fest angeordnet, das andere Ende (20) gehäuseseitig verdrehbar gelagert ist (Fig. 8).

8. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der jeweilige Stabheizkörper in einer Achsbohrung des Drehzapfens bzw. dessen Verlängerung angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der als Memorylegierungsbauteil ausgebildete Drehzapfenabschnitt, bzw. die betreffende Drehzapfen verlängerung (17′), tordiert ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Drehzapfenverlängerung (17′) in eine für alle Drehzapfen gemeinsame Ringkammer oder in eine zugeordnete Einzelkammer (22) eingebaut ist, wobei die Ringkammer oder die Einzelkammer mittels aus dem Kreisprozeß entnommener, auf den gewünschten Verformungsumschlagspunkt abgestimmt temperierter Prozeßluft beaufschlagt sind (Fig. 9).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer oder die Einzelkammern (22) koaxial zur Triebwerksachse angeordnet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkammern (22) rotationssymmetrisch zur betreffenden Zapfenachse (23) ausgebildet sind (Fig. 9).

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 4 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetall bauteil als eine den Drehzapfen bzw. dessen Verlängerung (17′) umschlingende Spirale (24) ausgebildet ist, unter Zugrundelegung einer beidendseitigen Drehlagerung (20, 21) des betreffenden Elements (9), wobei die Spirale (24) am einen Ende mit der Drehzapfenverlängerung (17′) verbunden, am anderen Ende in der örtlichen Umgebung aus der betreffenden Einzelkammer (25) in einem Punkte (26) festgelegt ist (Fig. 10 und 11).

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß - unter Zugrundelegung einer beidendseitigen Zapfendrehlagerung (20, 21) des betreffenden Elements (9) - zwei jeweils von einer Seite an einen Hebelarm (27) des Drehzapfens bzw. dessen Verlängerung (17′) angreifende, aus einer Memorylegierung gefertigte Federbauteile (28, 29) vor gesehen sind, von denen, bei Erreichen der jeweils gleichen Verformungsumschlagstemperatur, die eine derart gestreckt und die andere derart zusammenge zogen wird, daß eine betriebsgemäß vorgegebene Tempe raturänderung die gewünschte Elementverstellung be wirkt (Fig. 12 und 13).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Memorylegierung gefertigten Feder bauteile (28, 29) in Gehäusekörper (30, 31) eingesetzt sind, in denen sie sich mit jeweils einem Ende ab stützen, während die übrigen Federbauteilenden, als frei bewegliche Arme (32, 33) durch betreffende Gehäuse deckelöffnungen geführt, an den Hebelarm (27) an greifen (Fig. 12 und 13).

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die luft- oder heizungsseitig bereitgestellte Verformungsumschlags temperatur von einem Triebwerksregler gesteuert wird.

17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung der engsten Strömungsquerschnitte (7) zwischen den Diffusorleitschaufeln (4) eines Radial verdichters (1, 2) ausgebildet ist, wobei die Diffusor leitschaufeln (4) die Schaufeldruck- und Saugseite untereinander verbindende Bypasskanäle (8) aufweisen, wobei die Elemente (9) Steuer- bzw. Absperrklappen der Bypasskanäle (8) sind, und wobei die Klappen in einer ersten Endstellung (Teillaststellung/Bypass durchströmquerschnitt gänzlich geöffnet) in eine Vorschaufelsektion bündig eingefahren sind, während sie in einer zweiten Endstellung (Vollaststellung/ Bypassdurchströmquerschnitt gänzlich verschlossen) die Schaufelsaugseite bündig verriegeln, wobei die Steuerung der Bypasskanäle (8) kontinuierlich (Bimetall element) oder sprunghaft (Memorylegierung) in Relation zur vorgegebenen, auf das Betriebsverhalten abge stimmten Verformungs- oder Umschlagstemperatur er folgt (Fig. 1 bis 4).

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die als Steuer- bzw. Absperrklappen ausgebildeten Elemente (9) am einen, von der steuernden Verformung im wesentlichen nicht betroffenen Ende (10) mit be nachbarten Gehäusestrukturbauteilen bzw. Leitwand abschnitten (13, 14) des Diffusors (3) fest vergossen - gegossener Diffusor - oder mit diesen durch örtliches Einlegen fest verbunden sind - geschweißter Diffusor.

19. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein derartiges Element einen verdichtergehäuseseitigen Strömungsquerschnitt zur Verdichterluftabblasung steuert.

20. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleich förmig über dem Umfang verteilte derartige Elemente zur Steuerung eines variablen Durchströmquerschnittes, z.B. zwischen einem Primär- und einem Sekundärkreis eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit variablem Kreisprozeß, vorgesehen sind.

21. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Elemente zur Optimierung der aerodynamischen Schaufel geometrie vorgesehen sind.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente gänzlich oder teilweise Wandabschnitte eines hinsichtlich der Profildicke verformbaren Schaufel körpers sind.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die druck- und/oder saugseitig aufweitbaren Schaufel wandabschnitte mittels im Schaufelhohlraum angeordneter Bimetallbauteile oder Memorylegierungsbauteile steuer bar sind.

24. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetall bauteile einerseits aus Nickel-Mangan-Stahl (große Wärmedehnung) und andererseits aus Nickel-Stahl (kleine Wärmedehnung) gefertigt sind.

25. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Memory legierungsbauteile z.B. aus NiTi - oder CuZnAl - oder CuAlNi-Legierungen gefertigt sind.

26. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (9) bzw. deren Steuerbauteile (17′) am betreffenden örtlichen Festlegungsende (10) integral mit örtlichen benachbarten Statorsektionen (13, 14 bzw. 19) oder Schaufelsektionen verbunden sind.