DE60307955T2

DE60307955T2 - Drosselklappe

Info

Publication number: DE60307955T2
Application number: DE60307955T
Authority: DE
Inventors: Mark Douglas Centerville Swinford
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: US6775990B2; USRE41229E1; CN1497148A; JP2004138065A; US6986257B2; US20050000223A1; EP1411281A1; DE60307955D1; JP4355915B2; US20040074237A1; CN1497148B; EP1411281B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Ventilanordnungen, die zur Regulierung der Fluidströmung für ein Gasturbinentriebwerk verwendet werden.
Gasturbinentriebwerke weisen typischerweise ein Triebwerksgehäuse, das sich in Umfangsrichtung rund um einen Kompressor erstreckt, und eine Turbine mit einer Rotoranordnung und einer Statoranordnung auf. Innerhalb zumindest einiger bekannter Triebwerke werden mehrere an einer Außenfläche des Gehäuses angeschlossene Rohrleitungen und Ventile verwendet, um den Fluidfluss von einem Bereich des Triebwerks zur Verwendung in einem weiteren Bereich des Triebwerks zu leiten. Solche Rohrleitungen und Ventile können z.B. einen Teil eines Regelsystems für Umgebungsbedingungen bilden.
Zumindest einige bekannte Ventilanordnungen werden zur Steuerung/Regelung eines hohen Temperaturen und hohen Drücken ausgesetzten Fluidflusses verwendet. Solche Ventilanordnungen weisen einen im Wesentlichen zylindrischen Ventilkörper auf, der zwischen benachbarten Rohrleitungsbereichen angeschlossen ist. Der Ventilkörper weist eine Ventildichtungseinrichtung auf, die zur Regelung des Fluidflusses durch das Ventil an ausgewählten Stellen positionierbar ist. Genauer gesagt, weisen zumindest einige bekannte Ventile eine Kolben/Zylinder-Anordnung auf, die außerhalb des Ventilkörpers positioniert und mit der Ventildichtungseinrichtung verbunden ist, um die für die selektive Positionierung der Ventildichtungseinrichtung notwendige Antriebskraft aufzubringen.
Weil die Kolben/Zylinder-Anordnung zu dem Hauptventilkörper versetzt angeordnet ist, ist der Schwerpunkt der Ventilanordnung typischerweise um eine Distanz von der Mittellinienachse des Ventilkörpers verlagert. Während des Triebwerksbetriebs kann solch ein exzentrischer Schwerpunkt Biegebelastungen in der Ventilanordnung, angrenzenden Rohrleitungen und Halteklammern bzw. -schellenherbeiführen. Abhängig von der Anwendung können die physikalische Größe und das Gewicht der Kolben/Zylinder-Anordnung während der Rohrleitungslegungsphase des Triebwerksentwurfs ebenso Schwierigkeiten bereiten.
US 5,396,760 offenbart ein Nebenstromsystem eines Gas-Nebenluft-Wärmetauschers eines Gasturbinentriebwerks.
US 3,545,486 beschreibt eine Durchflussleitung, in der ein schwenkbar befestigtes Ventil angeordnet ist, das betriebsmäßig mit einem federnd vorgespannten rohrförmigen Differentialkolben verbunden ist.
US 2001/0000563 beschreibt eine Nebenstromventilvorrichtung einer Gasturbinenbrennkammer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil zur Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk geschaffen. Das Ventil weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Vorteilhafte Ausführungsformen sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen, unter Bezug auf Zeichnungen genauer beschrieben, in denen zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerks, das mehrere Rohrleitungen aufweist, die miteinander durch mehrere Ventilanordnungen verbunden sind;
2 eine Querschnittsansicht einer der Ventilanordnungen, die in 1 gezeigt sind;
3 eine perspektivische Explosionsansicht der Ventilanordnung, die in 2 gezeigt ist;
4 eine Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform einer Ventilanordnung, die im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Gasturbinentriebwerk verwendet werden kann; und
5 eine Seitenansicht der in 4 gezeigten Ventilanordnung.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerks 10, das mehrere Rohrleitungen 12 aufweist, die durch mehrere Ventilanordnungen 14 miteinander verbunden sind. Das Triebwerk 10 weist eine Hochdruckkompressoranordnung 16, eine Brennkammer 18 und eine Turbinenanordnung 20 auf. In einer Ausführungsform ist der Kompressor 16 ein Hochdruckkompressor. Das Triebwerk 10 weist auch eine Niederdruckturbine (nicht gezeigt) und eine Bläseranordnung (nicht gezeigt) auf. In einer Ausführungsform ist das Triebwerk 10 ein CF34-Triebwerk, das von General Electric Company in Cincinnati, Ohio, kommerziell erhältlich ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform bilden die Rohrleitungen 12 und die Ventilanordnungen 14 einen Teil eines Triebwerksaufbaus (engl. engine build up, EBU) 30.
Genauer gesagt, unterstützen die Rohrleitungen 12 und die Ventilanordnungen 14 die Leitung bzw. Steuerung/Regelung des bei einer höheren Temperatur und/oder bei einem höheren Druck befindlichen Fluidflusses von einem Bereich des Triebwerks 10 für die Verwendung in einem anderen Bereich. In einer Ausführungsform weist z.B. das durch die Rohrleitungen 12 und Ventilanordnungen 14 strömende Fluid eine Betriebstemperatur, die größer ist als 1000°F, und/oder einen Betriebsdruck von mehr als 300 psi auf.
In der beispielhaften Ausführungsform weisen die Rohrleitungen ein Y-Rohr 32 auf, das den Triebwerksaufbau 30 in zwei Einlassrohranordnungen 34 und 36 aufteilt, die mit mehreren Befestigungsschellenanordnungen 42 an einem Triebwerksgehäuse 40 angeschlossen sind. Genauer gesagt, sind die Einlassrohranordnungen 34 und 36 mit dem Kompressor 18 strömungsmäßig verbunden, um Zapfluft von dem Kompressor 18 zur Verwendung in anderen Bereichen, wie z.B. einem Regelungssystem für Umgebungsbedingungen, zu leiten.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ventilanordnung 14. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Ventilanordnung 14. Die Ventilanordnung 14 weist einen Ventilkörper 50 auf, der einen ersten Körperabschnitt 52 und einen integral ausgebildeten zweiten Körperabschnitt 54 aufweist. In der beispielhaften Ausführungsform, ist der erste Körperabschnitt 52 ein Einlasskörperabschnitt, und der zweite Körperabschnitt 54 ist ein Auslasskörperabschnitt, und als solche werden beide hierin beschrieben. In einer alternativen Ausführungsform ist der erste Körperabschnitt 52 ein Auslasskörperabschnitt, und der zweite Körperabschnitt 54 ist ein Einlasskörperabschnitt. Der Einlassabschnitt 52 erstreckt sich von einem ersten Ende 56 der Anordnung zu einem Auslassabschnitt 54, und der Auslassabschnitt 54 erstreckt sich von dem Einlassabschnitt 52 zu einem zweiten Ende 60 der Anordnung. In der beispielhaften Ausführungsform bildet das erste Anordnungsende 56 einen Anordnungseinlass, während das zweite Anordnungsende 60 einen Auslass bildet, und als solche sind beide hierin beschrieben. In einer alternativen Ausführungsform bildet das erste Anordnungsende 56 einen Anordnungsauslass zum Ableiten von der Fluiden aus der Anordnung, und das zweite Anordnungsende 60 bildet einen Anordnungseinlass zur Aufnahme von Fluiden in diese hinein. Die Ventilanordnung 14 ist hohl und weist eine Bohrung 64 auf, die sich zwischen dem Anordnungseinlass 56 und dem Anordnungsauslass 60 erstreckt. Die Ventilanordnung 14 weist ferner eine Außenfläche 66 auf, die sich durch den Einlass- und Auslassabschnitt 52 und 54 hinweg erstreckt.
Der Ventilanordnungsauslassabschnitt 54 weist eine Innenfläche 70 und eine Mittellinie 72 auf. Die Innenfläche 70 erstreckt sich durch den Auslassabschnitt 54 zu dem Auslass 60 und definiert einen Teil der Anordnungsbohrung 64. Weil der Auslassabschnitt 54 ein gerader Zylinder ist, ist der Anordnungsauslass 60 im Wesentlichen senkrecht zur Auslassabschnittsmittellinie 72 angeordnet.
Der Auslassabschnitt 54 weist auch einen integral im Ganzen ausgebildeten Befestigungsflansch 76, eine innere Schulter 78 und ein Paar Betätigungssystemverbindungsgliedhalter 80 auf. Der Flansch 76 erstreckt sich umlaufend von der Auslassabschnittsaussenfläche 66 um die Auslassanordnung 60 herum und weist mehrere Öffnungen 84 auf. Jede der Öffnungen 84 ist bemessen, um eine hindurchführende Schraube 86 aufzunehmen, um den Auslassabschnitt 54 mit einem Ventilinnenzylinder 90 zu verbinden.
Die Auslassabschnittsschulter 78 ist zwischen dem Flansch 76 und den Betätigungssystemhalterungen 80 positioniert. Genauer gesagt, ist ein Durchmesser d₁ der Bohrung 64 innerhalb des Auslassabschnitts 54, der durch die Fläche 70 definiert ist, zwischen dem Anordnungsauslass 60 und der Schulter 78 im Wesentlichen konstant und ist größer als ein Durchmesser d₂ der Auslassabschnittsbohrung 64, die sich zwischen der Schulter 78 und dem Einlassabschnitt 52 erstreckt.
Der Ventilinnenzylinder 90 ist ein im Wesentlichen gerader Hohlzylinder, der sich von einem Einlassrand 94 zu einem Auslassrand 96 erstreckt und der eine Außenfläche 98 und eine Innenfläche 100 aufweist. Die Außenfläche und die Innenflächen 98 bzw. 100 definieren den entsprechenden äußeren bzw. inneren Durchmesser d₃ bzw. d₄ des Zylinders 90. Die Durchmesser d₃ und d₄ sind entlang des Zylinders 90 zwischen den Rändern 94 und 96 im Wesentlichen konstant, und beide Durchmesser d₃ und d₄ sind kleiner als der Auslassabschnittsbohrungsdurchmesser d₂. Entsprechend ist der Ventilinnenzylinder 90 bemessen, um innerhalb des Auslassabschnitts 54 aufgenommen zu werden, so dass der Zylinder 90 zu dem Auslassabschnitt 54 im Wesentlichen konzentrisch ausgerichtet ist.
Ein Befestigungsflansch 106 erstreckt sich von dem Zylinderauslassrand 96 radial nach außen und umlaufend. Der Flansch 106 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Mittellinienachse 108 ausgerichtet, die sich durch den Zylinder 90 erstreckt, und weist mehrere Befestigungsöffnungen 110 auf, von denen jede zur Aufnahme eines Befestigungsmittels 86 bemessen ist. Genauer gesagt, wenn der Ventilinnenzylinder 90 innerhalb des Auslassabschnitts 54 positioniert ist, ist jede Zylinderbefestigungsöffnung 110 im Wesentlichen konzentrisch bezüglich jedes entsprechenden Auslassabschnittsflansches ausgerichtet, so dass die sich durch die Öffnungen 110 und 84 erstreckenden Befestigungsmittel 86 den Ventilinnenzylinder 90 fluchtend innerhalb des Auslassabschnitts 54 sichern.
Ein Ventilkolben 120 ist verschiebbar zwischen dem Ventilinnenzylinder 90 und dem Auslassabschnitt 54 eingebunden. Genauer gesagt, ist der Ventilkolben 120 ein im Wesentlichen gerader Hohlzylinder, der sich von einem Einlassrand 124 zu einem Auslassrand 126 erstreckt und der eine Außenfläche 128 und eine Innenfläche 130 aufweist. Die Außen- und die Innenflächen 126 bzw. 130 definieren jeweils einen Aussen- bzw. Innendurchmesser d₅ bzw. d₆ für den Kolben 120. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Durchmesser d₅ und d₆ zwischen den Kolbenrändern 124 und 126 im Wesentlichen konstant, und beide Durchmesser d₅ und d₆ sind größer als der Ventilinnenzylinderaußendurchmesser d₃. In einer alternativen Ausführungsform weist eine Einlassseite eines Kolbens 120 einen kleineren Durchmesser als eine Auslassseite des Kolbens 120 auf, was, wie unten detaillierter beschrieben, es dem Kolben erleichtert, doppelt wirkend zu sein. Zusätzlich ist der Kolbenaußendurchmesser d₅ geringfügig kleiner als der Auslassabschnittsbohrungsdurchmesser d₂, so dass, wenn der Kolben 120 innerhalb des Auslassabschnitts 54 aufgenommen ist, die Kolbenaußenfläche 128 mit der Auslassabschnittsinnenfläche 70, zwischen der Auslassabschnittsschulter 78 und dem Einlassabschnitt 52 verschiebbar verbunden ist.
Eine Dichtungsanordnung 131 erstreckt sich in Umfangsrichtung rund um den Kolbenauslassrand 126, um einen Leckverlust der zur Betätigung dienenden Luft über den Kolbenauslassrand 126 hinweg zu minimieren. Die Dichtungsanordnung 131 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer sich durch den Zylinder 120 erstreckenden Mittellinienachse 132 ausgerichtet und hat einen Außendurchmesser d₇, der geringfügig kleiner als der Auslassabschnittsbohrungsdurchmesser d₁ ist.
Der Kolbeninnendurchmesser d₆ ist größer als der Ventilinnenzylinderaußendurchmesser d₃, so dass ein Spalt 140 zwischen der Kolbeninnenfläche 130 und der Ventilinnenzylinderaußenfläche 98 gebildet ist. Genauer gesagt, erstreckt sich der Spalt 140 zwischen der Dichtungsanordnung 131 und dem Kolbeneinlassrand 124. Eine Ventilfeder 150 erstreckt sich umlaufend innerhalb des Spalts 140 zwischen dem Ventilinnenzylinder 90 und dem Ventilkolben 120 und wird, wie detaillierter unten beschrieben, zur Regulierung des Betriebs der Ventilanordnung 14 verwendet.
Der Ventilkolben 120 weist auch ein Paar Öffnungen 154 auf, die in Bezug auf den Ventilkolben 120 diametral ausgerichtet sind und sich teilweise zwischen der Außenfläche 128 und der Innenfläche 130 erstrecken. Die Öffnungen 154 sind jeweils zur Aufnahme einer Verbindungsstange 155 bemessen, die es dem Ventilkolben 120 ermöglicht, mit einem Betätigungssystemverbindungsglied 156 verbunden zu werden.
Der Ventileinlassbereich 52 weist eine Innenfläche 160 auf, die sich durch den Einlassabschnitt 52 zu dem Anordnungseinlass 56 erstreckt und einen Teil der Anordnungsboh rung 64 definiert. In der beispielhaften Ausführungsform bleibt ein Durchmesser d₈ des Einlassabschnitts 52 durch den Einlassabschnitt 52 hinweg zwischen dem Auslassabschnitt 54 und dem Anordnungseinlass 56 und durch eine integral ausgebildete Biegung 164 hinweg, die zwischen dem Ventilauslassabschnitt 54 und dem Anordnungseinlass 56 positioniert ist, im Wesentlichen konstant. In der beispielhaften Ausführungsform hat der Einlassabschnitt 52 eine im Wesentlichen Z-förmige Biegung 164, so dass der Anordnungseinlass 56 im Wesentlichen parallel zu dem Anordnungsauslass 60 verläuft. In einer alternativen Ausführungsform, ist die Innenfläche 160 im Wesentlichen parallel zu der ausgebildeten Biegung 164 ausgerichtet, um einen seichten Übergang zwischen benachbarten Rohren 12 zu unterstützen. In einer weiteren Ausführungsform, weist die Ventilanordnung 14 einen Kolben 120 auf, während jedoch der Ventileinlassabschnitt 52 keine Biegung 164 enthält. Vielmehr ist in dieser alternativen Ausführungsform der Ventileinlassabschnitt 52 durch einen im Wesentlichen geraden Zylinder gebildet.
Der Ventileinlassabschnitt 52 weist eine Mittellinie 170 auf, die sich zwischen dem Anordnungseinlass 56 und dem Auslassabschnitt 54 erstreckt. Insbesondere verläuft in der beispielhaften Ausführungsform die Mittellinie zwischen dem Einlass 56 und der Biegung 164 im Wesentlichen parallel zu der Auslassabschnittsmittellinie 72, und zwischen der Biegung 164 und dem Auslassabschnitt 54 verläuft die Mittellinie 170 im Wesentlichen kollinear mit der Auslassabschnittsmittellinie 72. Entsprechend erstreckt sich die Mittellinie 170 innerhalb der Biegung 164 schräg bezüglich der Auslassabschnittsmittellinie 72. Genauer gesagt, ist die Mittellinie 170 innerhalb der Biegung 164 um einen win kel θ gegenüber der Auslassabschnittsmittellinie 72 schräg versetzt. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel θ zwischen ungefähr sechs und ungefähr zwanzig Grad. In der beispielhaften Ausführungsform beträgt der Winkel θ ungefähr dreizehn Grad.
Der Einlassabschnittsdurchmesser d₈ ist kleiner als der Bohrungsdurchmesser d₂, der sich zwischen der Auslassabschnittsschulter 78 und dem Einlassabschnitt 52 erstreckt. Somit ist an der Verbindung zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt 52 bzw. 54 eine Schulter 182 gebildet. Die Schulter 182 stellt eine Vorspannverbindung für die Ventilfeder 150 zur Verfügung und weist einen ringförmigen Aufnahmesitz 184 mit einem Durchmesser d₉ auf, der geringfügig kleiner als der Ventilinnenzylinderaussendurchmesser d₃ ist und als solcher die Positionierung des Ventilinnenzylinders 90 bezüglich des Ventilkörpers 50 erleichtert.
Der Einlassabschnitt 52 weist eine Öffnung 186 auf, die sich diametral durch den Einlassabschnitt 52 hindurch zwischen der Einlassabschnittsaußenfläche 66 und der Innenfläche 160 erstreckt. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Öffnung 186 durch eine im Wesentlichen parallele Ventilkolbenöffnung 154 gebildet und zur Aufnahme einer Betätigungssystemachse 190 bemessen. Genauer gesagt, und wie unten detaillierter beschrieben, erstreckt sich jede Öffnung 186 durch eine Betätigungssystemeinlasshalterung 188, die integral mit dem Einlassabschnitt 52 ausgebildet ist.
Ein Betätigungssystem 200 ist zur Unterstützung der Steuerung/Regelung des Fluidflusses durch die Ventilanordnung 14 an den Ventilkörper 50 angeschlossen. Genau gesagt, ist das Betätigungssystem 200 mit dem Ventileinlass- und dem Auslassabschnitt 52 bzw. 54 über ein Verbindungsglied 156 verbunden. Insbesondere ist eine Einlassseite 202 des Verbindungsgliedes 156 zur Steuerung der Drehung einer Dichtungseinrichtung oder einer Dichtungsplatte 206 mit der Achse 190 verbunden.
Die Dichtungsscheibe bzw. -platte 206 weist einen im Wesentlichen runden Außenumfang und ein im Wesentlichen bogenförmiges Querschnittsprofil auf. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Dichtplatte 206 mit einem konstanten Radius ausgebildet, so dass die Platte 206 ein abgeschnittenes Kugelquerschnittsprofil aufweist. Die Dichtplatte 206 weist eine Vorderseite 210 und eine gegenüberliegende Rückseite 212 auf. Die Platte 206 weist eine Mittellinienachse 214, die sich durch sie erstreckt, und eine Wellenbohrung 216 auf, die sich durch sie erstreckt und die zur Aufnahme der Achse 190 bemessen ist. Genauer gesagt, erstreckt sich die Achse 190 durch die Wellenbohrung 216 und koppelt die Scheibe 206 innerhalb des Ventilkörpers 50 schwenkbar ein.
Jede Plattenseite 210 und 212 definiert einen Abschnitt der Wellenbohrung 216. Genauer gesagt, ist die Öffnung 216 nicht konzentrisch bezüglich der Plattenmittellinienachse 214 ausgerichtet; vielmehr erstreckt sie sich bezüglich der Mittellinienachse 214 schräg durch die Scheibe 206. Entsprechend weist jede Seite 210 und 212 einen erhöhten Bereich 218, der sich nach außen von einer Außenfläche 220 der Platte 206 mit einem Kegelstumpfquerschnitt erstreckt, um einen Abschnitt einer Wellenbohrung 216 zu definieren.
Die erhobenen Bereiche 218 der Platte ermöglichen der Achse 190 sich durch die Platte 206 hindurch innerhalb der Einlassabschnittsbiegung 164 zu erstrecken. Insbesondere ist die Achse 190 im Wesentlichen senkrecht zu der Auslassabschnittsmittellinie 72 ausgerichtet und ist deshalb um einen Winkel θ bezüglich der Biegungsmittellinie 170 schräg ausgerichtet. Wenn die Platte 206 sich in einer vollständig geöffneten Lage befindet, wie in 2 und 3 dargestellt, ist die Platte 206 entsprechend bezüglich der Einlassabschnittsbiegung 164 schräg versetzt. Weil jedoch die Achse 190 gegenüber der Plattenmittellinienachse 214 versetzt ist, ist die Platte 206, wenn sie in eine vollständig geschlossene Position gedreht wird, im Wesentlichen senkrecht bezüglich der Biegungsmittellinie 170 ausgerichtet, so dass der Plattenaußenumfang 208, wie unten detaillierter beschrieben, die Einlassabschnittsinnenfläche 160 einen Dichtungskontakt rundum berührt. In einer Ausführungsform weist die Ventilanordnung 14 einen Sensor auf, um die Position der Platte 206 bezüglich der Ventilanordnung zu erfassen, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, einen LVDT-Wegaufnehmer. Die Ventilachse 190 ist bezüglich der Biegungsmittellinie 170 und bezüglich Scheibenmittellinienachse 214 um einen Winkel θ geneigt, um die Erzielung eines kontinuierlichen und im Wesentlichen rundherum herstellbaren Dichtungskontakts zwischen dem Plattenaußenumfang 208 und der Innenfläche 160 zu unterstützen, Wenn die Platte 206 vollständig geschlossen ist, ermöglicht die Biegung 164 der Platte 206 insbesondere, im Wesentlichen senkrecht zu der Innenfläche 160 ausgerichtet zu sein und bewirkt, dass die Achse 190 im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegung des Kolbens 120 ausgerichtet ist.
Die Achse 190 ist mit der Verbindungsgliedeinlassseite 202 an jeder Betätigungssystemeinlasshalterung 188 durch ein Paar Lager 230, eine Ventilverriegelung 232 und ein Paar Klammern 234 drehbar verbunden. Genauer gesagt, sind die Lager 230 innerhalb jeder Halterung 188 drehbar mit der Achse 190 verbunden und in einer Position durch Dichtungsglieder 236 gesichert. Ein Dichtungsglied 236, das sich am nächsten an der Ventilverriegelung 238 befindet, ist mit dem Einlassabschnitt 52 durch mehrere Schrauben 240 verbunden, die sich durch Dichtungsgliedöffnungen 242 hindurch und in integral ausgebildete Einlassbefestigungsöffnungen 244 hinein erstrecken. Ein gegenüber der Ventilverriegelung 232 liegendes Dichtungsglied 236 ist mit dem Einlassabschnitt 52 durch einen bogenförmigen Sprengring 245 verbunden. Die Dichtungsglieder 236 unterstützen die Verhinderung eines Fluidleckstroms durch die Einlassabschnittsöffnung 186 und um die Achse 190 herum.
Die Achse 190 wird dann durch jede Ventilverriegelung 232 eingeführt, bevor sie mit der Verbindungsgliedeinlassseite 202 durch jede entsprechende Klammer 234 verbunden wird. Die Ventilverriegelung 232 unterstützt das Halten der Achse 190 in einer Drehstellung, so dass die Platte 206 in einer Ausrichtung bezüglich des Ventilkörpers 50, wie z.B. einer vollständig offenen oder vollständig geschlossenen Stellung gehalten werden kann.
Eine Auslassseite 250 eines jeden Verbindungsglieds 156 ist mit dem Ventilkolben 120 durch eine Verbindungsstange 155 über die Verbindungsgliedhalterungen 80 verbunden. Genauer gesagt, weist jede Verbindungsgliedhalterung 80 einen integral ausgebildeten Schlitz 252, der sich im Wesentlichen parallel zu der Auslassabschnittsmittellinie 70 erstreckt. Jeder Schlitz 252 ist bemessen, um einen Schieber 254 in ihm in einer verschiebbaren Verbindung aufzunehmen und weist eine geschlitzte Öffnung 256 auf, die sich durch den Schlitz 252 erstreckt. Jede Verbindungsstange 156 ist mit dem Ventilkolben 120 verbunden und erstreckt sich radial nach außen durch die geschlitzten Öffnungen 256 und durch die Schieber 254, um mit einer Gewindeschraubenmutter 258 an die Verbindungsgliedauslassseite angeschlossen zu werden. Genauer gesagt, ist eine Abdeckplatte 260 bezüglich des Schlitzes 252 durch mehrere sich durch Abdeckscheibenöffnungen 266 erstreckende Führungszapfen 262 ausgerichtet.
Ein Fluid tritt im Betrieb in die Ventilanordnung 14 durch den Anordnungseinlass 56 und in den Ventilkörpereinlassabschnitt 52 ein. Innerhalb des Einlassabschnitts 52 verursacht die Einlassabschnittsbiegung 164 eine Richtungsänderung des innerhalb des Einlassabschnitts fließenden Fluids. Genauer gesagt, wird der Fluidfluss in der Nähe der Platte 206 um den Winkel θ gedreht. Die Biegung 164 ermöglicht der Achse 190, im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegung des Kolbens 120 angeschlossen zu sein, was, wie unten detaillierter beschrieben, eine Umsetzung der geradlinigen Bewegung des Kolbens 120 in eine Drehbewegung der Dichtungsplatte 206 unterstützt. Wenn sich die Platte 206 in einer vollständig geschlossenen Position befindet, ist die Platte 206 somit im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Fluidströmung innerhalb der Biegung 164 ausgerichtet. Als solcher bildet der Plattenaußenumfang 208 ringsum innerhalb des Einlassabschnitts 52 eine im Wesentlichen ununterbrochene Dichtung, die die Verhinderung eines Fluidflusses durch die Ventilanordnung 14 unterstützt. Wenn die Platte 206 in die geschlossene Position gedreht wird, wird insbesondere das Antriebs- oder Versorgungsfluid abgedreht, und die Feder 150 verdreht die Dichtungsscheibe 206 durch das Betätigungssystem 200 in die vollständig geschlossene Position.
Das Hauptbetätigungsfluid tritt in den Ventilkolben 120 durch einen Kanal 277 ein und wirkt gegen die Ventilkolbenauslassfläche 126. Zusätzliches Betätigungsfluid wirkt auf den Ventilkolben 120 in einem Spalt 279 ein, der teilweise zwischen dem Ventilkolbeneinlassrand 124 und der Schulter 182 definiert ist. Somit wird der Kolben 120 durch das Betätigungsfluid zweiseitig angetrieben. Wenn insbesondere der Wunsch besteht, dass die Scheibe 206 in eine teilweise geöffnete cder gesteuerte Position gedreht werden soll, wird das unter Druck gesetzte Hauptbetätigungsfluid zu dem Auslassabschnitt 54 durch den Kanal 277 in einen Spalt 280 hinein befördert, der zwischen der Ventilkolbendichtungsanordnung 131 und dem Ventilinnenzylinderhalteflansch 106 definiert ist. Der Fluiddruck des Betätigungsfluids zwingt den Kolben 120 sich zu verschieben, was wiederum die Verbindungsglieder 156 veranlasst, sich entlang der Schlitze 252 zu schieben. Die Translationsbewegung der Glieder 156 verursacht eine folgende Drehbewegung der Ventilklammern 234. Die Drehung der Klammern 234 veranlasst eine Drehung der Achse 190, die die Scheibe 206 veranlasst, sich aus der geschlossenen Position heraus zu verdrehen, so dass das Fluid über die Dichtungsvorrichtung 206 hinweg und stromabwärts von der Ventilanordnung 14 strömt.
Der ringförmige Sitz 184 lässt axiale thermische Wachstumsdifferenzen zwischen dem Ventilzylinder 90 und dem Ventilkörper 50 zu. Der Sitz 184 ermöglicht auch dem Fluid, das von dem Sitz 206 stromabwärts geströmt ist, in die Lü cke 140 einzutreten. Der Fluiddruck innerhalb der Lücke 140 wirkt entgegen der Kraft, die durch das Betätigungsfluid hervorgerufen ist, was in Verbindung mit der Federkraft, die durch die Feder 150 hervorgerufen ist, die Platte 206 veranlasst, den Fluidfluss selbst zu regulieren. Wenn insbesondere der stromabwärtige Druck abnimmt, verringert sich auch die Gegenkraft, was dem unter Druck stehenden Betätigungsfluid ermöglicht, die Dichtungseinrichtung 206 zu zwingen, sich vollständiger zu öffnen, um den geregelten Fluidfluss bei einem vorbestimmten Druck wiederherzustellen.
Trotz des Versatzes des Einlassabschnitts 52 in Bezug auf den Auslassabschnitt 54, ist der Schwerpunkt 290 der Ventilanordnung 14 im Wesentlichen entlang der Auslassabschnittsmittellinie 70 positioniert. Somit wird es unterstützt, Biegebelastungen, die während des Betriebs des Betätigungssystems 200 durch die Ventilanordnung 14 hervorgerufen werden, im Vergleich zu anderen bekannten Ventilen, die einen Versatz der Schwerpunkte haben, zu reduzieren. Als solcher unterstützt der Ventilkörper 50, die Lebensdauer der Ventilanordnung 14 zu verlängern. Da der Schwerpunkt 290 entlang der Auslassabschnittsmittellinie 70 positioniert ist, wird es außerdem leichter, die durch die Exzentrizität hervorgerufenen Biegebelastungen benachbarter Rohre 12 ebenfalls zu reduzieren, was die Verwendung von Haltebügelanordnungen 42 erleichtert, die aus leichterem Material hergestellt werden. Zusätzlich erfordert die Ventilanordnung 14 kleinere physikalische Raumhüllen als andere bekannte Anordnungen, die für gleiche Anwendungen verwendet werden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Ventilanordnung 300, die in einem (in 1 veranschaulichten) Gasturbinentriebwerk 10 verwendet werden kann. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Ventilanordnung 300. Die Ventilanordnung 300 ist der (in 2 und 3 veranschaulichten) Ventilanordnung 14 im Wesentlichen ähnlich und Teile der Anordnung 14, die mit Teilen der Ventilanordnung 300 identisch sind, sind in 4 und 5 unter Verwendung gleicher Bezugszeichen, wie sie in 2 und 3 verwendet worden sind, gekennzeichnet. Somit weist die Ventilanordnung 300 einen Ventilkörper 50, einen Einlassabschnitt 52 und einen Auslassabschnitt 54 auf. Zusätzlich weist die Ventilanordnung 300 einen Ventilinnenzylinder 90, einen Ventilkolben 120 und ein Betätigungssystem 302 auf. Das Betätigungssystem 302 ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Betätigungssystem 200 und weist ein Paar Schwenkgelenke 303 auf, die mit der Dichtungsscheibe 206 mit Hilfe einer Gabelverbindung verbunden sind.
Genauer gesagt, weist jede Gabelverbindung 304 ein Paar Auslassenden 156 und eine Verbindungs- und Betätigungskupplung 312 auf. Jedes Gabelverbindungsauslassende 155 ist mit einem Auslassabschnitt 54 mit Hilfe von Verbindungsstangen 156 verbunden, die sich durch die Halterung 80 erstrecken. Genauer gesagt, weist jede Gabelverbindungshalterung 80 einen Schlitz 252 und einen Schieber 254 auf. Jede Verbindungsstange 156 ist mit einem Ventilkolben 120 verbunden und erstreckt sich radial nach außen durch geschlitzte Öffnungen 256 und durch die Schieber 254, um über Buchsen 258 mit einer Schwenkgelenkauslassseite 250 verbunden zu sein. Genauer gesagt, ist eine Abdeckplatte 260 mit jeder Schwenkgelenkhalterung 80 durch Befestigungsmittel 262 verbunden, die sich durch Abdeckplattenöffnungen 266 hindurch in Öffnungen 268 hinein erstrecken, die integral in jeder Gelenkhalterung 80 ausgebildet sind.
Jedes Schwenkgelenk 303 ist zwischen dem Gabelverbindungsauslassende 156 und der Gabelverbindungs- und Betätigungskupplung 312 mit der Gabelverbindung schwenkbar verbunden. Die Schwenkgelenke 303 bieten eine zusätzliche Unterstützung für die Gabelverbindung 304 und unterstützen das Aufrechterhalten einer Ausrichtung des Dreieckglieds 304 bezüglich der Ventilanordnung 300.
Die Gabelverbindung 304 erstreckt sich teilweise umlaufend, um mit einer Betätigungsstange 320 verbunden zu sein, die sich seitlich stromaufwärts zu einer Einlassaktuatorhalterung 188 hin erstreckt. Innerhalb der Ventilanordnung 300, weist der Einlassabschnitt 52 lediglich eine Aktuatorhalterung 188 auf, enthält jedoch auch einen integral ausgebildeten Achsensitz 322, der nachstehend detaillierter beschrieben ist. Jede Gabelverbindung 304 ist auch durch einen Drehbolzen 324, der zwischen dem Auslassende 156 der Gabelverbindung und der Verbinderbetätigungskupplung 312 der Gabel angeordnet ist, drehbar gelagert.
Die Betätigungsstange 320 ist mit der Aktuatorhalterung 188 mit Hilfe einer Achse 330 verbunden, die drehbar mit der Betätigungsstange 320 über ein Lager 230, eine Ventilverriegelung 232, eine Klammer 234 und ein Joch 330 verbunden ist. Genauer gesagt, ist das Lager 230 innerhalb der Halterung 188 mit der Achse 330 drehbar verbunden und wird in der Position durch ein Dichtungsglied 236 gesichert. Die Achse 190 wird vor der Einführung durch das Joch 330 auch durch die Ventilverriegelung 232 hindurch eingeführt und mit der Betätigungsstange 320 durch die Klammer 234 verbun den. Das Joch 330 schafft eine zusätzliche Unterstützung für das Betätigungsystem 302.
Die Achse 330 erstreckt sich nicht diametral durch den Einlassabschnitt 52; vielmehr ist ein inneres Ende 340 der Achse 330 innerhalb einer Lageranordnung 342 drehbar angeschlossen. Genauer gesagt, ist die Lageranordnung 342 innerhalb des Achsensitzes 322 eingesetzt. Da die Ventilanordnung 300 lediglich eine einzige Öffnung 186 innerhalb des Einlassabschnitts 52 aufweist, fördert die Ventilanordnung 300 somit die Reduktion eines vorbeiströmenden Leckstroms, der durch die Öffnungen 186 auftreten kann.
Die oben beschriebene Ventilanordnung ist kosteneffektiv und arbeitet höchst zuverlässig. Die Ventilanordnung weist einen Ventilkörper auf, der einen integral ausgebildeten Einlass- und Auslassabschnitt aufweist. Weil die Abschnitte nur um einen minimalen Winkel versetzt sind, ist der Schwerpunkt der Anordnung innerhalb der Ventilanordnung und entlang einer Mittellinie des Auslassabschnitts angeordnet. An sich wird es leichter, durch Vibrationen hervorgerufene Biegemomente und durch Exzentrizität hervorgerufene Lasten auf den Ventilkörper zu reduzieren. Demzufolge unterstützt der Ventilkörper, die Lebensdauer der Ventilanordnung in einer kosteneffizienten und zuverlässigen Weise zu verlängern.

Claims

Ventilanordnung (14) zur Verwendung an einem Gasturbinentriebwerk, wobei die Ventilanordnung einen Ventilkörper (50) mit einem Einlassabschnitt (52) und einem Auslassabschnitt (54) aufweist, wobei sich der Einlassabschnitt von einem Ventileinlass (56) zu dem Körperauslassabschnitt erstreckt, wobei der Körperauslassabschnitt einen im Wesentlichen geraden Zylinder ausbildet, der sich von dem Einlassabschnitt zu einem Ventilauslass (60) so erstreckt, dass eine Richtung von in dem Körperauslassabschnitt strömenden Fluid im Wesentlichen zwischen dem Körpereinlassabschnitt und dem Ventilauslass (60) unverändert bleibt, wobei der Einlassabschnitt eine Ventilscheibe (206) und wenigstens eine zwischen dem Körperauslassabschnitt und dem Ventileinlass ausgebildete Biegung in der Weise aufweist, dass eine Richtung von durch den Ventilkörper durch den Ventileinlass eintretendem Fluid vor dem Eintritt in den Körperauslassabschnitt geändert wird, wobei die Ventilscheibe in dem Einlassabschnitt zur Steuerung des Fluidstroms durch das Ventil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperauslassabschnitt eine Symmetriemittellinienachse (72) aufweist, und einen darin untergebrachten Kolben (120), und dass der Kolben in einer Richtung verschiebbar ist, die im Wesentlichen parallel zu einer Richtung von durch den Körperauslassabschnitt strömendem Fluid ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die Ventilscheibe (206) über einer Ventilscheibenachse (190) drehbar so angeschlossen ist, dass die Ventilscheibe zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position drehbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei die Ventilscheibe (206) in dem Einlassabschnitt (52) an der wenigstens einen Biegung liegt.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei die Ventilscheibenachse (190) ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei sich nur eines von dem ersten Ende und dem zweiten Ende durch eine den Ventilkörpereinlassabschnitt definierende Seitenwand hindurch erstreckt.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei die Ventilscheibenachse (190) im Wesentlichen rechtwinklig zu der Symmetriemittellinienachse des Körperauslasses liegt.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Kolben ferner eine Einrichtung zum Vorspannen der Ventilscheibe (206) in der geschlossenen Position enthält.
Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Kolben ferner einen Verriegelungsmechanismus aufweist, um die Ventilscheibe (206) in wenigstens einer von der offenen Position und der geschlossenen Position zu arretieren.