DE69100735T2

DE69100735T2 - Verbrennungsluftzufuhreinrichtung für Gasturbine.

Info

Publication number: DE69100735T2
Application number: DE91401167T
Authority: DE
Inventors: Alexandre Forestier
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2011-05-04
Also published as: FR2661714B1; FR2661714A1; EP0455559A1; US5159807A; EP0455559B1; DE69100735D1

Description

Bekannte Gasturbinen besitzen Vorrichtungen zur Einspeisung eines Sauerstoffträgers, deren Durchsatzrnenge sich mit Hilfe von verschwenkbaren Drosseln regulieren läßt. In FR-A-2 572 463 sind solche Drosselanordnungen beschrieben und dargestellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einspeisung eines Sauerstoffträgers, z.B. von Luft, in eine Brennkammer einer Gasturbine, mit mehreren Drosseln zur Regulierung der der Brennkammer zuzuführenden Menge des Sauerstoffträgers, wobei jede dieser Drosseln einen Kranz aufweist, der so montiert ist, daß er relativ zu dem Gehäuse der Gasturbine verschwenkt werden kann, und dessen Schwenkbewegung das Mittel zur Regulierung des Durchgangsquerschnitts für die Zuführung des Sauerstoffträgers in die Brennkammer darstellt, und wobei der Kranz mit einer Vorrichtung zur Steuerung seiner Schwenkbewegung gekuppelt ist.
Für eine solche Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zumindest gewisse Drosseln in Gruppen zu jeweils zwei einander benachbarten Drosseln angeordnet sind, die beiden Kränze der Drosseln einer Gruppe jeweils ein Organ zur Regelung der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes aufweisen, und die Organe zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze der genannten zwei Drosseln mit einem einzelnen Betätigungsorgan gekuppelt sind, das der genannten Vorrichtung zur Steuerung der Schwenkbewegung angehört.

Folgende vorteilhafte Anordnungen sind bevorzugte Weiterbildungen:

jedes der Organe zur Regelung der Schwenkbewegung weist eine radial zur Achse der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes verlaufende Öffnung auf, wobei das einzelne Betätigungsorgan eine Welle umfaßt die gleichzeitig in die beiden Öffnungen der Organe zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze einer Gruppe von zwei Drosseln eingeführt ist, sowie eine lineare Winde mit einer Betätigungsstange, mit der die genannte Welle gekuppelt ist:
die Betätigungsstange fluchtet annähernd mit der Winkelhalbierenden des Winkels, den die beiden Radien bilden, die durch die Welle und die Schwenkachse jedes der beiden Kränze verlaufen;
die Winde ist eine Fluidwinde, die einen an dem Gehäuse der Gasturbine befestigten Zylinder, ferner einen in diesem Zylinder gleitend angeordneten und dort eine Arbeitskammer begrenzenden Kolben sowie eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange aufweist, die in den Außenraum des Zylinders ragt und die genannte Betätigungsstange bildet, mit der die Welle gekuppelt ist, wobei die Arbeitskammer mit der Hülle des Gehäuses der Brennkammer derart verbunden ist, daß ein in der Hülle des Gehäuses der Brennkammer enthaltenes Druckfluid, eine Schubwirkung in einer ersten Richtung auf den Kolben und auf die mit diesem fest verbundene Kolbenstange ausübt;
der Kolben der Fluidwinde ist mit einer weiteren Kolbenstange fest verbunden, die einen Endbereich aufweist, der mit der aktiven Fläche eines Steuernockens zusammenwirkt, wobei die Wirkung des Steuernockens auf diese weitere Kolbenstange der Wirkung des in der Arbeitskammer der Winde enthaltenen Druckfluids entgegengesetzt ist;
der Steuernocken ist relativ zu dem Gehäuse der Gasturbine um eine Achse drehbar montiert und mit einer Vorrichtung zur Regelung seiner Schwenkbewegung gekuppelt ist;
die Vorrichtung zur Steuerung der Schwenkbewegung des Nockens besteht aus einer Anordnung mit Ritzel und Schnecke;
die Schnecken der Vorrichtungen zur Steuerung der Schwenkbewegungen der Nocken der einzelnen Gruppen sind mit jeweils zwei Drosseln durch ein flexibles Verbindungsorgan miteinander verbunden, wobei eine einzige Antriebsvorrichtung für den gleichzeitigen Antrieb aller Vorrichtungen zur Regelung der Schwenkbewegung der einzelnen Nocken mit diesem flexiblen Verbindungsorgan gekuppelt ist.
Der Hauptvorteil der Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht in seiner Einfachheit und seiner Kompakteit und dem damit verbundenen niedrigen Gewicht und niedrigen Gestehungspreis.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Darlegung ihrer Vorteile und weiterer Merkmale sei im folgenden anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben, auf das die Erfindung natürlich nicht beschränkt ist.
Fig. 1 ist ein transversaler Teilschnitt einer Gasturbine, die mit einer Sauerstoffträger- Zuführungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist,
Fig. 2 ist ein transversaler Schnitt durch die Gasturbine und zeigt Ausführungsdetails der Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie III-III von Fig. 2,
Fig. 4 zeigt einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV von Fig. 2.
Die Gasturbine, deren Brennkammer als Transversalschnitt durch einen kreisförmigen Kranz 1 dargestellt ist, ist mit Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2 ausgestattet,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in geradzahliger Menge (16 Vorrichtungen) vorgesehen ist. Diese Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2 sind paarweise gruppiert.
Jede Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtung 2 - bei dem Sauerstoffträger handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um Luft - besitzt einen festen zylindrischen Kranz 3 mit Öffnungen 4 für den Durchtritt des Sauerstoffträgers in die Brennkammer 5 sowie einen Kranz 6, der so montiert ist, daß er um die Achse 7 des festen Kranzes 3 verschwenkt werden kann und letzteren umschließt. Der Kranz 6 besitzt Durchtrittsöffnungen 8, die so angeordnet werden können, daß sie den Durchtrittsöffnungen 4 des festen Kranzes gegenüberliegen und dann den Durchtritt des Sauerstoffträgers in die Brennkammer 5 ermöglichen, oder aber so, daß sie - je nach der relativen Position der Kränze 3 und 6 - den Durchtrittsöffnungen 4 nicht mehr gegenüberliegen und dann den Durchtritt des Sauerstoffträgers in die Brennkammer verhindern oder reduzieren. Die aus einem festen Kranz 3 und die zugehörigen drehbaren Kranz 6 bestehende Einheit wird auch als "Blende" oder "Drossel" bezeichnet. Die dargestellte Ausführungsform stellt hierfür nur ein Beispiel dar.
Jeder drehbare Kranz 6 weist einen Arm 9 mit einem Langloch 10 auf, der als Betätigungorgan für Schwenkbewegung dient. Die beiden Arme 9 jeder Gruppe aus jeweils zwei Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2 sind mit einer an einem Kolben 12 befestigten ersten Kolbenstange 11 verbunden. Diese Verbindung erfolgt über eine Welle 13, die gleichzeitig in die Langlöcher 10 der beiden Arme 9 und eine am freien Ende der Kolbenstange 11 vorgesehene Bohrung 14 eingreift.
Die beiden Radiusstrahlen, die durch die Schwenkachse 7 und die Welle 13 einer aus zwei Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2 bestehenden Gruppe verlaufen, bilden miteinander einen Winkel 2A und mit der Achse 1 5 der ersten Kolbenstange 11 einen Winkel A, so daß diese Achse 1 5 die Winkelhalbierende des von den beiden Radiusstrahlen eingeschlossenen Winkels bildet.
Jeder Kolben 12 kann in einem Zylinder 16 gleiten, wobei die Richtung der Gleitbewegung annähernd radial zur Wandung 1 der Brennkammer und parallel zur Achse 15 der Kolbenstange 11 verläuft. Letztere dringt ohne Abdichtung und mit einem kleinen Spiel J durch die Wandung 1. Der Zylinder 16 ist mit Schrauben 17 an der Wandung 1 befestigt. In der im Innern des Zylinders 16 begrenzten Kammer 19 befindet sich ein verformbarer Balgen 18, der die erste Kolbenstange 11 umschließt und mit dem Kolben 12 und dem Boden 20 des Zylinders dicht verbunden ist, der an der Wandung 1 befestigt ist. Dieser Balgen 18 begrenzt im Innern des Zylinders 19 eine Arbeitskammer 21, die wegen des Spiels J mit der Brennkammer 5 in ständiger Verbindung steht.
Eine koaxial zu der ersten Kolbenstange 11 angeordnete zweite Kolbenstange 22, die ebenfalls mit dem Kolben 12 fest verbunden ist, verläuft durch den dem Boden 20 entgegengesetzten Boden 23 des Zylinders 16 und stützt sich mit seinem Ende 22A gegen die Fläche 24 eines Steuernockens 25 ab. Dieser Steuernocken 25 ist mit einem Träger 29 fest verbunden, der in einem mit einer Schraube 28 an dem Körper des Zylinders 16 befestigten Schwenklager um eine zur der gemeinsamen Achse 15 der beiden Kolbenstangen 11 und 22 parallele Achse 26 relativ zu dem Zylinder 1 6 drehbar montiert ist. Ein Ritzel 30, das mit einer Gewindeschnecke 31 zusammenwirkt, ist ebenfalls mit dem Nockenträger 29 fest verbunden. Die aus dem Zylinder 16 und dem Kolben, den beiden Kolbenstangen 11 und 22, dem Nocken 25, seinem Träger 29 und den Ritzeln 30 und Gewindeschnecken 31 bestehende Windeneinheit bildet die Betätigungsvorrichtung 32 für die Schwenkbewegung der beiden drehbaren Kränze 6 einer Gruppe von zwei Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2.
Die Gewindeschnecken 21 der einzelnen Steuervorrichtungen 32 sind außerdem durch flexible Verbindungsorgane 33 miteinander sowie mit einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung 34 verbunden, die einen Motor für den Antrieb einer und damit aller Gewindeschnecken 31 umfaßt.
Die vorangehend beschriebene Ausführungsform ist kompakt, da eine einzige Steuervorrichtung 32 die Schwenkbewegung der beiden drehbaren Kränze 6 jeweils zweier Sauerstoffträger-Zuführungsvorrichtungen 2 steuert. Außerdem ermöglicht eine einzige Antriebsvorrichtung 34 die Einstellung der Position sämtlicher Nocken 25. Diese kompakte Ausführungsform hat außerdem kleines Gewicht und ist mit relativ niedrigen Kosten herzustellen. Es sei noch erwähnt, daß das unter Druck stehende Gas, das sich in der Gehäusehülle der Brennkammer befindet, wegen des Spiels J in die Arbeitskammer 21 der einzelnen Winden gelangt und die jeweiligen zweiten Kolbenstangen 22 mit ihrem Ende 22A gegen die Fläche 24 des Nockens 25 drückt, so daß sich eine Gegenwirkung zur Wirkung des Nockens ergibt.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern deckt auch alle Änderungen ab, die an diesem vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Einspeisung eines Sauerstoffträgers, z.B. von Luft, in eine Brennkammer einer Gasturbine mit mehreren Drosseln (23) zur Regulierung der der Brennkammer (5) zuzuführenden Menge des Sauerstoffträgers, wobei jede dieser Drosseln einen Kranz (6) aufweist, der so montiert ist, daß er relativ zu dem Gehäuse der Gasturbine verschwenkt werden kann, und dessen Schwenkbewegung das Mittel zur Regulierung des Durchgangsquerschnitts für die Zuführung des Sauerstoffträgers in die Brennkammer darstellt, und wobei der Kranz (6) mit einer Vorrichtung (32) zur Steuerung seiner Schwenkbewegung gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zumindest gewisse Drosseln (2) in Gruppen zu jeweils zwei einander benachbarten Drosseln angeordnet sind,

b) die beiden Kränze (6) der Drosseln (2) einer Gruppe jeweils ein Organ (9) zur Regelung der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes aufweisen, und

c) die Organe (9) zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze (6) der genannten zwei Drosseln (2) mit einem einzelnen Betätigungsorgan (11) gekuppelt sind, das der genannten Vorrichtung (32) zur Steuerung der Schwenkbewegung angehört.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Organe (9) zur Regelung der Schwenkbewegung eine radial zur Achse (7) der Schwenkbewegung des betreffenden Kranzes verlaufende Öffnung (10) aufweist, und daß das einzelne Betätigungsorgan (11) eine Welle (13) umfaßt die gleichzeitig in die beiden Öffnungen (10) der Organe zur Regelung der Schwenkbewegung der beiden Kränze einer Gruppe von zwei Drosseln eingeführt ist, sowie eine lineare Winde (12 bis 16) mit einer Betätigungsstange (11), mit der die genannte Welle (13) gekuppelt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (11) annähernd mit der Winkelhalbierenden (15) des Winkels (2A) fluchtet, den die beiden Radien (7-13, 7-13) bilden, die durch die Welle (13) und die Schwenkachse (7) jedes der beiden Kränze verlaufen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winde eine Fluidwinde ist, die einen an dem Gehäuse der Gasturbine befestigten (17) Zylinder (16), ferner einen in diesem Zylinder gleitend angeordneten und dort eine Arbeitskammer (21) begrenzenden Kolben (12> sowie eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange (11) aufweist, die in den Außenraum des Zylinders ragt und die genannte Betätigungsstange (11) bildet, mit der die Welle (13) gekuppelt ist, wobei die Arbeitskammer (21) mit der Hülle des Gehäuses der Brennkammer (5) derart verbunden (J) ist, daß ein in der Hülle des Gehäuses der Brennkammer enthaltenes Druckfluid eine Schubwirkung in einer ersten Richtung auf den Kolben und auf die mit diesem fest verbundene Kolbenstange ausübt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) der Fluidwinde mit einer weiteren Kolbenstange (22) fest verbunden ist, die einen Endbereich (22A) aufweist, der mit der aktiven Fläche (24) eines Steuernockens (25) zusammenwirkt, wobei die Wirkung des Steuernockens (25) auf diese weitere Kolbenstange (22) der Wirkung des in der Arbeitskammer (21) der Winde enthaltenen Druckfluids entgegengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken (25) relativ zu dem Gehäuse (1) der Gasturbine um eine Achse (26) drehbar montiert und mit einer Vorrichtung (29-30-31) zur Regelung seiner Drehbewegung gekuppelt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Steuerung der Drehbewegung des Nockens eine Anordnung mit Ritzel (30) und Schnekke (31) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecken (31) der Vorrichtungen (29-30-31) zur Steuerung der Drehbewegungen der Nocken (25) der einzelnen Gruppen mit jeweils zwei Drosseln (2) durch ein flexibles Verbindungsorgan (33) miteinander verbunden sind, wobei eine einzige Antriebsvorrichtung (34) für den gleichzeitigen Antrieb aller Vorrichtungen zur Regelung der Drehbewegung der einzelnen Nokken mit diesem flexiblen Verbindungsorgan (33) gekuppelt ist.