DE69112216T2 - Radialeinlassvorrichtung zur trennung von partikeln. - Google Patents

Radialeinlassvorrichtung zur trennung von partikeln.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Entfernung von Staub, Sand und anderen Partikeln aus einem Luftstrom. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Entfernung von feinem Staub und von Partikeln aus dem Einlaßluftstrom eines mobilen Turbinenmotors, ohne daß schwere Konstruktionen oder Filtermedien verwendet werden müssen, wobei letztere unter sehr staubigen Bedingungen verstopfen können. Bei gewerblichen Anwendungen, bei denen stationäre Konstruktionen verwendet werden, wird eine erste Luftreinigung häufig durch die Verwendung großer Fliehkraft- Vorrichtungen erreicht. Danach können Filtertüten oder Plattenfiltermedien weitere Partikel aus den Einlaßluftstrom entfernen. Ein mobiler Turbinenmotor, der zum Beispiel in einem Hubschrauber, einem Flugzeug-Bodenanlaßwagen oder in einem mobilen elektrischen Generator eingesetzt wird, kann nicht mit einem massiven und schweren Staubabscheider versehen werden. Andererseits sind es gerade diese mobilen Anwendungsbereiche eines Turbinenmotors unter unvorbereiteten Umständen, die den Motor häufig äußerst ungünstigen staubigen Betriebsbedingungen aussetzen.
  • In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß seit langem und mühsam nach einer Abscheidevorrichtung für Staub und Partikel für den Einlaß von Turbinenmotoren gesucht wird, wobei die Vorrichtung klein und leicht sein muß und nur einen geringen Druckabfall mit sich bringen darf, wobei die Vorrichtung sehr effektiv sein muß. In dem U.S. PatentUS-A-3.970.439, das am 20. Juli 1976 an Joseph P. Murphy (nachstehend Patent '439 genannt) erteilt worden ist, ist ein Beispiel für eine plattenartige Partikel-Abscheidevorrichtung vorgesehen. Die Platten-Abscheidevorrichtung aus dem Patent '439 setzt sich aus einer Mehrzahl identischer, nebeneinanderliegender Kanäle zusammen. Die Abscheidung der Partikel erfolgt. durch Beschleunigung der Partikel auf eine hohe Geschwindigkeit in dem Luftstrom, wobei der Luftstrom danach umgelenkt wird, so daß die Partikel durch ihre eigene Trägheit gerade in einen Sammelbereich getragen werden. Die Partikel aus dem Sainmelbereich werden nach außen abgestoßen. Die Einlässe in die Partikelsammelbereiche sind so konfiguriert, daß sie abprallende Partikel in den Sammelbereich und nicht in den Motorluftstrom leiten.
  • Im allgemeinen passen die plattenartigen Filter jedoch nicht sonderlich gut in die Konstruktionsweisen eines Turbinenmotors. Bei einer Betrachtung der Figuren der Zeichnungen des Patents '439 wird schnell deutlich wie die rechteckige, prismatische Struktur des Plattenfilters im Konflikt mit den wesentlichen Strukturen eines Turbinenmotors steht. Diese wesentlichen Strukturen sind im allgemeinen zylinderförmig und sie sind ferner axial gestapelt. Ferner wird davon ausgegangen, daß der Plattenfilter des Patents '439 dann am besten funktioniert, wenn der Einlaßluftstrom vertikal nach unten in die Platte strömt. Dadurch wird die Installation eines Turbinenmotors mit einem Plattenfilter gemäß dem Patent '439 stark eingeschränkt. Ferner erfordert der plattenartige Filter eine Umgehungsleitung und ein Ventilelement, das bei Vereisungen geöffnet werden kann. Eine starke Vereisung kann ansonsten große Stücke einer plattenartigen Abscheidevorrichtung verdecken.
  • In der Fachdokumentation mit dem Titel Integral Engine Inlet Particle Separator, Band II - Design Guide, der General Electric Company für das Mobilitäts-Forschungs- und Entwicklungslabor der U.S. Army in Fort Eustis, Virginia, vom August 1975, welche die Dokumentennummer USAAMRDL-TR-75-31B aufweist, ist auf den Seiten 20 und 68-79 eine Alternative für die Lösung des Problems der Entfernung von Staub und Partikeln aus dem Luftstrom in einen Turbinenmotor offenbart, wobei ein axial strömender Luftstrom manipuliert wird. Von weiterem Interesse sind die folgenden U.S. Patente: US-A-3.766.719, das am 23. Oktober 1973 an William Jr. NcAnally, III erteilt worden ist; US-A-3.977.811, das am 31. August 1976 an Charles Kuintyle Jr. erteilt worden ist; US-A- 4.509.962, das am 9. April 1985 an Daniel S. Breitman u.a. erteilt worden ist; US-A-4.527.387, das am 9. Juli 1985 an Frank A. Lastrina u.a. erteilt worden ist; und US-A-4.685.942, das am 11. August 1987 an David D. Klassen erteilt worden ist (wobei die Patente nachstehend folgende Bezeichnungen aufweisen: die Patente '719; '811; '962; '387 und '942). Die Fachdokumentation und die Patente stellen eine interessante Chronologie der Entwicklung des Axialeinlaß-Partikelabscheiders dar. Diese Art von Partikelabscheider stellt in der Industrie zur Zeit allgemein die Norm dar und findet weitverbreitete Anwendung, und zwar insbesondere bei Hubschrauber-Turbinenmotoren.
  • Im allgemeinen erreicht der herkömmliche Axialeinlaß- Partikelabscheider die Abscheidung von Partikeln durch verschiedene Kombinationen von Aero-Trägheitseffekten (Wirbeln, radiale und axiale Beschleunigungen), Partikel-Flugbahnregelung, Partikel-Grenzabprallvoraussage und Spülluftstromregelung. Die verwendete, bestimmte Kombination dieser Effekte ist von Design zu Design unterschiedlich. Die besten herkömmlichen Axial- Partikelabscheider erreichen jedoch eine Effektivität von 95% mit MIL STD 5007-C Spezialsand (0-1000u) und eine Effektivität von 85% mit groben (0-200u) AC-Partikeln.
  • Selbst die besten herkömmlichen Axialeinlaß-Partikelabscheider sind bezüglich des Gewichts und der Größe nicht optimal, und zwar insbesondere in Anbetracht der Tatsache, daß sie die axiale Länge des Turbinenmotors beträchtlich erhöhen. Dies wird aus den Figuren der Zeichnungen der Patente '719 bzw. '962 leicht deutlich. Da der gesamte Turbinenmotor bzw. ein Teilstück dessen dargestellt ist, kann ermessen werden wie die axiale Länge durch einen Axial-Abscheider erhöht wird, der so bemessen ist, daß er den Einlaßluftstrom eines herkömmlichen Turbinenmotors akkomodiert. Wie dies deutlich wird, kann diese zusätzliche Länge 20% bis 50% oder mehr der Länge des Turbinenmotors betragen. Das zusätzliche Gewicht dieser Axial-Partikalabscheider ist ebenfalls signifikant.
  • In den U.S. Patenten US-A-3.371.471 und US-A-3.521.431, die am 5. März 1968 bzw. am 21. Juli 1970 an H.D. Connors u.a. erteilt wurden (die nachstehend als die Patente '471 und '431 bezeichnet werden) ist eine alternative Annäherung zur Lösung des Problems des Abscheidens von Staub und Partikeln aus dem Einlaßluftstrom eines Turbinenmotors offenbart. Die Lehren aus den Patenten von Connors u.a. zeigen einen Partikelabscheider mit einem Paar krummliniger Wände, die axial und radial beabstandet sind, um einen ringförmigen Einlaßströmungsweg zu begrenzen, der sich radial einwärts und axial zu dem Motoreinlaß erstreckt. Der Luftstrom folgt hauptsächlich aufgrund der Zentrifugalkraft bzw. genauer gesagt wegen der Trägheit der Partikel und einem gekrümmten Strömungsweg, wobei die Partikel bezüglich der Krümmung des Strömungswegs gegen eine Außenwand der Wände geleitet werden. Eine Abscheiderschnauze sammelt die Partikel zusammen mit einem Trägerluftstrom, der von dem Einlaßluftstrom getrennt ist. Die Partikel in dem Trägerluftstrom werden dann in einer Kammer gesammelt, und der Großteil des Trägerluftstroms wird zu dem Motoreinlaß geleitet.
  • Mit Ausnahme der Struktur zum Abscheiden der Partikel aus dem Trägerluftstrom und zum Sammeln der Partikel würde der Partikelabscheider von Connors u.a. sehr gut in die wesentliche Struktur eines Turbinenmotors passen. Wenn man die Gesamtheit des Partikelabscheiders von Connors u.a. betrachtet, so ist dieser jedoch fast genauso sperrig wie die herkömmlichen Axial- Partikelabscheider.
  • Was jedoch von größerer Bedeutung ist, ist die enttäuschend geringe Effektivität der Partikelabscheidung der Abscheider von Connors u.a. Diese geringe Gesamteffektivität wird dadurch verstärkt, daß die Effektivität der Abscheidung umfänglich nicht gleichmäßig ist, und zwar insbesondere bei Partikeln mit bestimmten Größen und Gewichten. Der obere Quadrant des Abscheiders kann zum Beispiel eine ausreichende Abscheidung von Partikeln vorsehen, die nach unten in den Abscheider strömen. Wobei der untere Quadrant jedoch eine sehr schlechte Abscheidungsfähigkeit aufweisen kann, wobei der Effekt des Gravitationsvektors auf die Partikel und deren erwünschte Bewegung zu einer Abscheiderwand in dem unteren Quadranten entgegengesetzt ist.
  • Die Gesamtabscheidungseffizienz eines Abscheiders nach Connors u.a. kann auf prozentualer Basis marginal zwar zulässig sein, doch kann die erwähnte umfängliche Ungleichmäßigkeit der Abscheidung für den Turbinenmotor sehr nachteilig bzw. schädlich sein. Das heißt, daß der Lufstrom in dem obigen Beispiel von dem unteren Quadranten des Abscheiders durch den Turbinenmotor strömen kann und dabei eine ziemlich hochkonzentrierte Ladung von Partikel mit sich führt. Dieser mit Partikeln geladene Luftstrom von dem unteren Quadranten des Abscheiders verteilt sich nicht umfänglich, so daß die Motorkonstruktion nur durch die durchschnittliche Partikelladung beschädigt wird. Stattdessen bleibt die partikelhaltige Luft konzentriert und trifft kontinuierlich auf einem bestimmten Abschnitt der statischen Struktur des Motors auf, wobei dieser Abschnitt der Struktur stark erodiert wird. Ferner trifft die Rotationskonstruktion und insbesondere die erste Verdichterstufe bei jeder Umdrehung auf den konzentrierten Partikelstrom. Da es sich bei dem Strukturabrieb, der Erosion und dem Verfall nicht unbedingt um lineare Funktionen der Partikelexposition handelt, sondern etwa um komplexe interaktive Funktionen, kann die Rotationsstruktur des Motors durch die Partikelkonzentration mehr beschädigt werden als wie dies erwartet worden war. Der konzentrierte Partikelstrom kann die Motorkonstruktion also weitaus mehr beschädigen als die gleiche Konzentration von Partikeln, die in dem Einlaßluftstrom gleichmäßig verteilt ist. Die Anmelder gehen davon aus, daß die Radialeinlaß-Partikelabscheider von Connors u.a. nur bedingten Erfolg erzielen konnten.
  • In Anbetracht der Unzulänglichkeiten herkömmlicher Radial- Partikelabscheider ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten, hochwirksamen Radialeinlaß- Partikelabscheider vorzusehen, der gut in die wesentlichen Strukturen eines Turbinenmotors paßt und der eine umfängliche Ungleichmäßigkeit der Partikelabscheidung verhindert.
  • Zu diesem Zweck haben die Anmelder Prototypen von Radialeinlaß- Partikelabscheidern gestaltet, wobei Designparameter der besten herkömmlichen Axial-Partikelabscheider verwendet wurden. Diese Prototypen der Abscheider wiesen eine enttäuschende Leistungsfähigkeit auf, wobei sie Abscheidereffektivitäten erzielten, die den oben beschriebenen Axialströmungsvorrichtungen nicht entsprachen, deren Designparameter in den Prototypen verwendet wurden. Diese Prototypen von Abscheidern waren kompakter als die Abscheider von Connors u.a., jedoch waren sie nur in etwa genauso leistungsfähig.
  • Die Anmelder gehen davon aus, daß der Unterschied der Funktionsfähigkeit zwischen den Axialeinlaß- und den Radialeinlaß-Abscheidern größtenteils auf den inhärent größeren Bereich und die resultierende Luftstrombeschleunigung bei dem radial Einlaßstrom in die Vorrichtung zurückzuführen ist. Bei einem Radialeinlaß-Partikelabscheider stellen die Luftstrom- Drallbleche, die in den Patenten '811 und '387 gelehrt werden, ebenfalls keine Möglichkeit dar, wobei diese Drallbleche dem Luftstrom einen radial auswärts gerichtete zentrifugale Beschleunigung verleihen, so daß Partikel in diesem Strom zu einem Sammelbereich geschleudert werden. Die Verwendung von Drallblechen kann für einen Abscheider insofern negativ sein, als daß sie angesaugtes Laub bzw. angesaugte Blätter auffangen, die den Einlaß des Motors verstopfen können, wobei. sie bei Vereisungen ferner Eisbrocken auffangen können.
  • Anbetracht der obigen Beschreibung sieht die vorliegende Erfindung eine Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln gemäß Anspruch 1 vor, in dem ein bestimmtes Verhältnis zwischen der radialen Position des Durchlaßbereichs des Strömungswegs des Abscheiders und der axialen Abmessung des Durchlaßbereichs definiert ist. Die Ansprüche 2 bis 9 stellen vorteilhafte technische Merkmale dar, die in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwirklicht werden.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Kombination der passenden Elemente bezüglich der Aero-Trägheit, der Partikel- Flugbahn, des Grenzrückpralls und des Spülstroms, in Anbetracht der inhärenten Strömungsbeschleunigung einer Radialeinlaßvorrichtung, so daß eine sehr hohe und umfänglich gleichmäßige Partikelabscheidung erreicht werden kann, ohne daß an dem Einlaß in den Partikelabscheider Vordrallbleche erforderlich sind.
  • Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung eines einzigen bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den anhängigen Figuren der Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
  • Figur 1 eine Längsansicht, teilweise im Querschnitt, eines Turbinenmotors mit einer erfindungsgemäßen Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln;
  • Figur 2 ein eingekreistes Teilstück aus Figur 1, das vergrößert und in gewisser Weise schematisch dargestellt ist, um die herausragenden Merkmale des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung besser zu veranschaulichen.
  • Figur 3 eine graphische Darstellung von Informationen bezüglich bestimmter physikalischer Parameter des bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
  • Figur 4 eine der Figur 2 ähnliche Ansicht, wobei die geometrischen und dimensionalen Bezugspunkte dargestellt sind;
  • Figur 5 eine isolierte Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Bestandteils des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
  • Figur 6 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Bestandteile des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
  • In Figur 1 umfaßt ein Turbinenmotor 10 ein Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 definiert einen ringförmigen Einlaß 14, der umfänglich im wesentlichen ununterbrochen ist und der sich von der Umgebung radial einwärts zu einem Strömungsweg 16 öffnet. Ein allgemein mit der Bezugsziffer 18 bezeichnetes Rotorelement lagert in dem Gehäuse 12 und wirkt mit diesem zusammen, um den Strömungsweg 16 zu begrenzen.
  • Der Strömungsweg 16 führt zuerst zu einem Verdichterrotorbereich 20 des Rotorelements 18. Durch eine Rotation des Rotorelements 18 saugt der Verdichterrotorbereich 20 Umgebungsluft durch den Einlaß 14 an und schickt diese Luft unter Druck an einen Druckluftplenumbereich 22 des Strömungswegs 16, wie dies durch die Luftstrompfeile 24 dargestellt ist. Ein Combustorgefüge 26 (von dem in Figur 1 nur ein Teil sichtbar ist) befindet sich in dem Druckluftplenum 22. Die Druckluft aus dem Plenum 22 strömt durch perforierte Abschnitte des Combustorgefüges 26 in eine Verbrennungskammer 28, wo die Druckluft mit Brennstoff gemischt wird, um die Verbrennung zu unterstützen.
  • Somit wird deutlich, daß das Combustorgefüge 26 einen Teil des Strömungswegs 16 bildet und daß die darin erzeugten, unter Druck stehenden Hochtemperatur-Verbrennungsprodukte über einen Combustorauslaß 30 zu einem Turbinenrotorabschnitt 32 des Rotorelements 18 strömen, wie dies durch die Pfeile 34 dargestellt ist. Der Turbinenrotorabschnitt 32 breitet die Verbrennungsprodukte zu der Umgebung hin aus, um daraus mechanische Leistung zu gewinnen. Der Turbinenrotorabschnitt 32 treibt das Rotorelement 18 an, das sowohl den Verdichterrotorabschnitt 20 als auch einen vorstehenden Leistungsabtriebswellenabschnitt 36 umfaßt. Von dem Turbinenrotorabschnitt 32 strömen die Verbrennungsprodukte durch einen Folgeabschnittt des Strömungswegs 16 und sie werden über einen Auslaß 38 in die Umgebung ausgestossen.
  • In Figur 2 ist ein eingekreistes Teilstück des Turbinenmotors 10 aus Figur 1 sowohl vergrößert als auch in gewisser Weise schematisch dargestellt, um die herausragenden Einzelheiten der Struktur besser zu veranschaulichen. Der Turbinenmotor 10 umfaßt genauer ausgedrückt eine Konstruktion, die eine Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln definiert, die allgemein durch die Bezugsziffer 40 bezeichnet ist. Die Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln 40 definiert den Einlaß 14 und erste Teile des Strömungswegs 16 vor dem Verdichterrotorabschnitt 20. Die Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln 40 umfaßt in Einzelheiten ein Paar axial und radial beabstandeter Wandabschnitte 42, 44 des Gehäuses 12. Die Wände 42, 44 bilden zusammen den ersten Teil des Strömungswegs 16, der von dem Einlaß 14 radial nach innen führt.
  • Radial einwärts des Einlasses 14 bildet die Wand 42 einen axial konvexen Oberflächenbereich 46, der axial und radial einwärts zu einem sich allgemein radial erstreckeden und geringfügig axialen, konvexen Oberflächenbereich 48 führt. Die Wand 42 verläuft von dem konvexen Abschnitt 48 radial einwärts zu einem sich radial erstreckenden, axialen, konvexen Oberflächenbereich 50, der die axiale Richtung der Wand 42 umkehrt. Das heißt, daß der Oberflächenbereich 50 der Wand einen axialen Vorsprung bildet, der zu der Wand 44 vorsteht. Ferner führt der Wandbereich 50 in eine Vertiefung bzw. eine Austiefung, die allgemein durch die Bezugsziffer 52 bezeichnet ist, wobei der Bereich ferner eine Rückbiegung zu der Wand 42 aufweist. Von dem Wandoberflächenbereich 50 definiert die Wand 42 einen Oberflächenbereich 54, der sich radial einwärts und axial in die Vertiefung 52 erstreckt. Von dem Oberflächenbereich 54 radial einwärts kehrt die Wand 42 ihre Krümmungsrichtung im Querschnitt um und in einem Oberflächenbereich 56 ist sie axial konkav. Der axial konkave Oberflächenbereich 56 der Wand 42 verläuft weiter radial einwärts und wechselt von der radialen Richtung und verläuft axial weiter und begrenzt das radial innere Ausmaß des Strömungswegs 16 an dem Einlaß des Verdichterrotorabschnitts 20.
  • Mit einem axialen Zwischenabstand versehen und der Wand 42 gegenüberstehend umfaßt die Wand 44 einen sich axial erstreckenden, radial auswärts angeordneten Oberflächenbereich 58. Der Oberflächenbereich 58 wirkt mit dem sich radial erstreckenden, allgemein konkaven bzw. konischen Oberflächenbereich 60 zusammen, um eine sich umfänglich erstreckende, ununterbrochene axiale Erhöhung 62 zu definieren. Die Erhöhung 62 befindet sich radial auswärts der Erhöhung 50 der Wand 42 und erstreckt sich in die entgegengesetzte axiale Richtung. An der Erhöhung 62 bildet die Wand 42 einen verhältnismäßig spitzen Biegeradius, der allgemein mit der Bezugsziffer 64 bezeichnet ist. Der Oberflächenbereich 60 erstreckt sich radial einwärts und axial mit einer graduellen konkaven Krümmung, so daß er an dem Pfeil 66 mit der Wand 42 zusammenwirkt, um einen ringförmigen Durchlaß zu bilden. An dem durch den Pfeil 66 bezeichneten ringförmigen Durchlaß bilden die Wände 42 und 44 zusammenwirkend den minimalen Querschnittsbereich des Strömungswegs 16, der für die radiale Einwärtsströmung von Luft in den Abscheider 40 zur Verfügung steht.
  • Radial einwärts des Durchlasses umfaßt die Wand 44 einen Oberflächenbereich 60, der sich radial erstreckt und der axial in eine zu der axialen Konkavität des Wandoberflächenbereichs 66 entgegengesetzte Richtung gekrümmt ist. Anders ausgedrückt ist der Oberflächenbereich 68 axial aus der axialen Vertiefung gekrümmt, die durch den Oberflächenbereich 54 definiert ist. Unterhalb des Durchlasses 66 divergieren ferner die Oberflächen 54 und 68, so daß sie den Strömungsbereich des Strömungswegs 16 trotz der radialen Einwärtsströmungsrichtung erhöhen. Bei 70 kehrt sich die Krümmung der Oberfläche der Wand 44 um, so daß eine Rückbiegung vorgesehen wird, und wobei der Oberflächenbereich 72 der Wand allgemein axial in einen Spülhohlraum 74 führt, was nachstehend genauer erläutert wird.
  • In dem Bereich der Vertiefung 52 befindet sich ein sich radial und axial erstreckendes, ringförmiges Verteilerelement, das allgemein mit der Bezugsziffer 76 bezeichnet ist, mit Zwischenabstand zwischen den Wänden 42 und 44. Das Verteilerelement 76 liegt allgemein gegenüber den Oberflächenbereichen 54 und 56 der Wand 42, so daß der Strömungsweg 16 zusammenwirkend lokal begrenzt wird. Das Verteilerelement 76 liegt ferner gegenüber den Oberflächenbereichen 70 und 72 der Wand 44, um einen sich radial einwärts und axial erstreckenden Spülstromweg zu begrenzen, der durch die Bezugsziffer 78 bezeichnet wird, und wobei der Weg in Verbindung mit dem Spülhohlraum 74 steht.
  • Das Verteilerelement 76 umfaßt einen ringförmigen Oberflächenlinienabschnitt, bzw. eine Verteilerlinie, die mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet ist, wobei der Abschnitt gegenüber dem Einlaß 14 liegt, und wobei der Luftstrom über den Strömungsweg 16 eintritt. Der Linienoberflächenabschnitt 80 bezeichnet eine Grenzlinie, an der sich der in dem Weg 16 andauernde Luftstrom von dem Luftstrom in dem Strömungsweg 78 in den Spülhohlraum 74 trennt. Unterhalb der Verteilerlinie 80 erstreckt sich eine ringförmig angeordnete Mehrzahl von Spülstrom-Umlenkblechen 82 axial zwischen der Wand 44 und dem Verteilerelement 76. Die Bleche 82 sorgen für eine axiale und radiale Verbindung zwischen der Wand 44 und dem Verteilerelement 76 und sie erstrecken sich von einer stromabwärts zu der Verteilerlinie 80 beabstandeten Position zu dem Spülhohlraum 74 mit einer umfänglichen Krümmung. Die Bleche 82 lenken den Luftstrom in dem Strömungsweg 78 von einer radial einwärtsgerichteten und axialen Richtung in eine umfängliche Richtung zur Einführung in den Hohlraum 74 um.
  • Wenn die Figuren 5 und 6 zusammen betrachtet werden, wird deutlich, daß der Spülhohlraum 74 tatsächlich spiralförmig ist. Das heißt, der Hohlraum 74 erstreckt sich umfänglich um den Strömungsweg 16 mit ansteigender axialer Tiefe und radialem Ausmaß, so daß von einem Ende 84 zu einem Spülleitungsauslaß 86 ein größerer Querschnitts-Strömungsbereich vorgesehen ist. Der Auslaß 86 ist radial allgemein mit dem Ende 84 ausgerichtet und befindet sich radial auswärts von diesem. Der Spülhohlraum 74 sorgt somit für eine im wesentlichen vollständige Verbindung von dem Spülströmungsweg 78 zu dem Auslaß 86 der Leitung, wobei der Hohlraum für eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Spülluftstroms sorgt. Der Auslaß 86 der Spülleitung steht in Verbindung mit einem Spülgebläse bzw. mit einem Spülaspirator 88, wie dies in Figur 5 schematisch dargestellt ist. Der Spülaspirator 88 wird durch den Motor 10 angetrieben und ist während dem Betrieb des Motors zu jeder Zeit funktionsfähig, um einen vorbestimmten Teil des in den Einlaß 14 eintretenden Luftstroms abzusaugen.
  • Die Figur 3 zeigt eine graphische Querschnitts-Darstellung des umfänglichen Strömungsbereichs des Spülhohlraums 74 von dem Ende 84 umfänglich um 360º zu dem Auslaß 86 der Spülleitung. Wie dies durch die Linie 90 dargestellt ist vergrößert sich der Bereich des Hohlraums 74 gemäß einer im wesentlichen linearen Kurve. Zur Feinabstimmung der umfänglichen Verteilung des Spülluftstroms an der Verbindung des Spülluftstroms 78 mit dem Strömungsweg 16 befindet sich an der Verbindungsstelle der Spülstromwegs 78 mit dem Spülhohlraum 74 eine halbmondförmige Drosselplatte 92. Die Drosselplatte 92 (die in der Figur 2 am besten zu erkennen ist) verändert den effektiv verfügbaren Spülströmungsbereich von der Linie 90 zu dem durch die Linie 94 aus Figur 3 dargestellten Bereich. Mit anderen Worten erhöht die halbmondförmige Drosselplatte 92 die Übertragungsverbindung des Spülluftstroms nahe dem Ende 84 und verringert die Strömung nahe dem Auslaß 86 der Spülleitung im Vergleich zu der normalen Spiralform des Hohlraums 74.
  • Bei einer Betrachtung von Figur 4 ist die gleiche Konstruktion wie in Figur 2 dargestellt, mit der Ausnahme, daß einige der Bezugsziffern und Führungslinien (mit Ausnahme des Durchlaßpfeils 66) weggelassen worden sind, um mehr Platz für die geometrischen und dimensionalen Bezeichnungen zu schaffen. Wie dies in Figur 4 dargestellt ist definiert der Abscheider 40 ein Winkelpaar 96 und 98 im Verhältnis zu den radialen Ebenen, wobei der erste Winkel die axiale Neigung des Strömungswegs 16 von dem Einlaß 14 zu dem Durchlaß 66 an der Oberfläche 50 der Wand 42 definiert. Auf ähnliche Weise begrenzt die Wand 44 an der Oberfläche 60 den Winkel 98 von der Erhöhung 62 zu dem Durchlaß 66. Vorzugsweise beträgt der Winkel 96 25º, wobei es auch zulässig ist, daß der Winkel in dem Bereich von 25º bis 40º liegt. Der Winkel 98 beträgt vorzugsweise 10,5º, wobei es auch zulässig ist, daß der Winkel in dem Bereich liegt, der sich an einer Seite des bevorzugten Winkels um weitere 5º erstreckt, das heißt von 5,5º bis 15,5º.
  • In Figur 4 sind ferner mehrere axiale und radiale Abmessungen dargestellt, einschließlich der Abmessungen AXS, T, Rs und RT. Unter Verwendung dieser Dimensionen konnten viele dimensionslose Verhältnisse ermittelt werden, die für das Erreichen einer zulässig hohen Abscheidungseffizienz des Abscheiders 40 wichtig sind. Zu diesen Verhältnissen gehören folgende Verhältnisse: Verhältnis Bevorzugter Wert Bereich
  • Hiermit wird festgestellt, daß sich die obige Bezeichnung T auf die axiale Abmessung des Durchlasses 66 bezieht, und wobei alle obigen dimensionslosen Verhältnisse im bezug auf T dargestellt sind. Bezüglich der obigen Darstellung haben die Anmelder ferner festgestellt, daß ein Verhältnis des Bereichs des Spülstromwegs 78 an dem Radius der Verteilerlinie 80 zu dem Bereich des Durchlasses 66 vorzugsweise 0,64 beträgt (nachstehend als Spülbereichsverhältnis bezeichnet). Dieses Spülbereichsverhältnis kann in zulässiger Weise auch im Bereich von 0,56 bis 0,75 liegen.
  • Nach der allgemeinen Beschreibung der Konstruktionsweise der Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln 40 folgt nun die Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung. Beim Betrieb des Turbinenmotors 10 dreht sich der Verdichterrotorabschnitt um Umgebungsluft durch den Einlaß 14 und den Strömungsweg 16 anzusaugen, wobei ein unter dem Umgebungsdruck liegender Druck auf den Strömungsweg übertragen wird. Die einströmende Luft strömt zwischen den Wänden 42 und 44 in dem Strömungsweg 16 radial einwärts und sie kann mitgeführte Partikel aufweisen. Diese an dem Einlaß 14 aufgenommenen Partikel können von unterschiedlicher Größe und Dichte sein. Die Partikel können anders ausgedrückt von talkartigem Staub bis hin zu Sandkörnern reichen, wobei gelegentlich sogar Kiesel vorkommen können. Wenn die Luft radial einwärts zu dem Durchlaß 66 strömt, so führt die inhärente Verringerung des Strömungsbereichs zu einer Beschleunigung des Luftstroms.
  • Die Anmelder haben festgestellt, daß an dem Durchlaß 66 eine Luftstromgeschwindigkeit von 0,26 Mach zu bevorzugen ist. Der Zulässigkeitbereich für die Geschwindigkeit an dem Durchlaß 66 liegt jedoch zwischen 0,20 und 0,35 Mach. Bei dieser Beschleunigung des Luftstroms reagieren die Partikel abhängig von deren Größe und Dichte auf unterschiedliche Weise. Das heißt, staubfeine und leichte Partikel beschleunigen im wesentlichen mit dem Luftstrom, so daß diese Partikel an dem Durchlaß 66 im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie die Luft aufweisen. Größere Partikel mit einer höheren Dichte beschleunigen wiederum nicht so schnell wie die Luft, wobei sie jedoch eine größere Bewegungsenergie aufweisen, die dazu neigt, die Partikel in ihre bestimmte Bewegungsrichtung zu befördern.
  • Nach dem Durchlaß 66 bzw. radial einwärts des Durchlasses divergieren die Wände 42 und 44, um den Querschnittsbereich des Flüssigkeitsstroms trotz des geringeren radialen Ausmaßes zu erhöhen und um dem Strömungsweg 16 eine Rückbiegung hinzuzufügen (siehe Pfeil 100 aus Figur 2). Das Ergebnis der Erhöhung des Querschnittsbereichs des Flüssigkeitsstroms ist eine Verringerung der Luftströmungsgeschwindigkeit zu dem gleichen Zeitpunkt an dem die Luft in der Strömungsrichtung eine Ablenkung oder Umkehr der Richtung im axialen Bereich erfährt. In dieser Krümmung und bei der Abbremsung der Luftströmung versuchen die staubfeinen Partikel dem Luftstrom zu folgen, wobei dies durch ihre hohe Geschwindigkeit und ihre Bewegungsenergie verhindert wird. Somit weichen diese staubfeinen Partikel von dem Strömungsweg 16 ab und verlaufen geradeaus weiter, um in den Spülströmungsweg 78 rechts von der Verteilerlinie 80 einzutreten. Siehe Figur 2. Die kleineren Sandkörner, die an dem Durchlaß 66 noch nicht die gleiche Geschwindigkeit wie der Luftstrom erreicht haben, sind ebenfalls wesentlich langsamer und können dem abzweigenden Luftstrom nicht folgen, so daß sie auch in den Spülluftstrom 78 eintreten.
  • Im Gegensatz dazu werden größere Partikel, wie etwa große Sandkörner und kleine Kieselsteine, in dem beschleunigenden Luftstrom aus dem Durchlaß 66 bei weitem nicht so beeinträchtigt wie kleine Partikel, und auch nicht in dem gekrümmten Luftstrom von dem Durchlaß 66 radial einwärts. Diese Partikel folgen aufgrund ihres Gewichts einem geradlinigen Weg. Aus diesem Grund sieht der Abscheider 40 einen anderen Mechanismus vor, um zu gewährleisten, daß diese Partikel in den Spülstromweg 78 eintreten. Bei einer erneuten Betrachtung von Figur 2 wird deutlich, daß eine gerade radiale Linie von der Erhöhung 62 tangential an der Erhöhung 50 (dargestellt durch den Pfeil 102) deutlich innerhalb der Verteilerlinie 80 in den Spülstromweg 78 fällt. Der Pfeil 102 veranschaulicht, daß sich ein durch Streifen der Erhöhung 62 und nicht durch Abprallen von dieser auf der Basis einer geradlinigen Bahn in den Einlaß 14 eintretendes Partikel, das die Erhöhung 50 streift ohne von dieser abzuprallen, in den Spülströmungsweg 78 bewegt. In der durch den Pfeil 102 dargestellten Bahn kann eine geringfügige Krümmung zu der Trennlinie 80 existieren, und zwar radial einwärts von dem Durchlaß 66, da der Luftstrom (Pfeil 100) entlang dem Strömungsweg 16 abweicht und in gewisser Weise für ein kurzes Stück quer zu dem Pfeil 102 der Flugbahn verläuft. Das Partikel bewegt sich trotzdem in den Spülstromweg 78. Der geradlinige Pfeil 102 stellt auch eine Sichtlinie radial in den Abscheider 40 dar. Hiermit wird festgestellt, daß die Verteilerlinie 80 des Verteilers 76 beim Hineinsehen in den Abscheider 40 nicht sichtbar ist. Tatsächlich ermöglichen die zusammenwirkenden, axial entgegengesetzten und radial beabstandeten Erhöhungen 62 und 50 beim Hineinsehen in den Abscheider 40 nur eine Betrachtung des Spülströmungswegs 78.
  • Durch die entsprechenden Flugbahnpfeile 104 für das Partikel 106 und 108 für das Partikel 110 sind zwei alternative, beispielhafte Partikel-Flugbahnen in den Abscheider 40 dargestellt. Bezüglich der ersten Flugbahn des Partikels 106 wird deutlich, daß das Partikel nur radial in den Einlaß 14 eintritt bzw. in einem geringfügigen axialen Winkel zu der Wand 42, wobei das Partikel zuerst an dem konvexen Oberflächenbereich 48 dieser Wand auftrifft und von diesem abprallt. Das Partikel 106 prallt zu der Wand 44, da der Oberflächenbereich 48 konvex ist. Unregelmäßigkeiten der Partikelform sowie der Materialeigenschaften der Wand 48 beeinflussen zwar das Abprallen des Partikels 106, jedoch kann davon ausgegangen werden, daß die Rückprallbahn von der Oberfläche 48 (Pfeil 104') in etwa den gleichen Einfalls- und Austrittswinkel aufweist. Der durch den Pfeil 104' dargestellte Flugbahnabschnitt kreuzt zwar den Strömungsweg 16 zu der Wand 44, so daß eine Krümmung der Bahn durch den Luftstrom, der in etwa quer zu der Bahn des Partikels 106 beschleunigt, den Einfallswinkel an der Wand 44 verringert. Wenn das Partikel 106 auf der Wand 44 auftrifft, so ist es wichtig, daß der Abgangswinkel (Pfeil 104") wesentlich kleiner ist als der Einfallswinkel, und zwar aufgrund der Konkavität des Oberflächenbereichs 60 und der Eigenschaft der Wand 44 an sich, wie dies später im Text genauer beschrieben wird. Nach dem Aufprall des, Partikels 106 an der Wand 44 befindet sich das Partikel auf der Seite einer imaginären Sammelgrenze, die durch die gestrichelte Linie 112 dargestellt ist, die sich von der Verteilerlinie 80 auswärts erstreckt. Aufgrund des flachen Rückprallwinkels des Partikels 106 von der Wand 44 bleibt das Partikel dicht genug an der Wand, so daß es unvermeidlich in den Spülströmungsweg 78 eintritt. Die Sammelgrenze 112 erstreckt sich von der Linie 80 auswärts durch den Strömungsweg 16 zu dem Einlaß 14 und sie ist axial an jeder radialen Station positioniert, wenn das gleiche Verhältnis jedes Bereichs an jeder Seite im Verhältnis zu den Wänden 42, 44 aufrechterhalten wird, wie es an der Linie 80 existiert.
  • Der Pfeil 108 und das Partikel 110 zeigen beispielhaft die andere alternative Rückprallbahn. In diesem Fall tritt das Partikel radial einwärts in den Einlaß 14 ein sowie in einem axialen Winkel, der zu einem ersten Anprall an der Wand 44 führt. Wie dies vorstehend in bezug auf die Bahn des Partikels 106 beschrieben worden ist, führen die Konkavität des Oberflächenbereichs 60 der Wand 44 und die Eigenschaft der Wand an sich zu einem flachen Abprall- bzw. Abgangswinkel des Partikels 110 von der Wand 44 (Pfeil 108'). Somit tritt das Partikel 110 in den Spülströmungsweg 78 ein, und zwar entweder direkt oder nach zusätzlichem Abprallen von der Wand 44. Es gilt festzustellen, daß die Wände 42 und 44 durch ihre konvexe und konkave zusammenpassende Krümmung sowie durch das geringe Abprallen von der Wand 44, die Partikel zu der Sammelseite der Grenze 112 bewegen, so daß allgemein ein Austritt der Partikel aus dieser Sammelseite der imaginären Grenze vermieden wird.
  • Ein zusätzliches Merkmal dieser Abprallkontrolle der Partikel in dem Abscheider 40 ist dadurch dargestellt, daß die Strömungsverteilungsbleche 82 radial einwärts von der Verteilerlinie 80 vertieft sind. Wenn die Partikel folglich in den Spülströmungsweg 78 eintreten, so tritt ein etwaiges Abprallen der Partikel von den Blechen 82 so tief in dem Spülströmungsweg 78 auf, daß die abprallenden Partikel nicht in den Strömungsweg 16 abweichen.
  • In bezug auf die Figuren 1, 5 und 6 wird nun veranschaulicht wie die strukturellen Elemente des Abscheiders kombiniert werden, um die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ergebnisse zu erzielen. Wie dies ebenfalls aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist, ist der spiralförmige Spülhohlraum 74 durch das Zusammenwirken einer sich umfänglich erstreckenden Vertiefung 114, die durch ein Verdichterwirbelwandelement 116 definiert ist, und eines metallischen Scheibenelements 118 (in Figur 6 am besten sichtbar) definiert, das mit dem Wirbelwandelement gestapelt ist. Das Wirbelwandelement 116 definiert eine zentrale Öffnung 120, die eine Verbindung des Strömungswegs 16 mit dem Verdichterrotorabschnitt 20 herstellt. Das Scheibenelement 118 ist axial an einer allgemein planaren Rückwand 122 mit dem Wirbelwandelement 116 gestapelt, um mit einer daran ausgebildeten Dichtungsoberfläche 124 (in Figur 5 am besten sichtbar) abdichtend zusammenzuwirken, um den Spülhohlraum 74 zu begrenzen.
  • Es ist von Bedeutung, daß das metallische Scheibenelement 118 die Wand 44 und die Oberflächenbereiche 58, 60 und 68 der Wand definiert, einschließlich der axialen Erhöhung 62 an der Grenze des Strömungswegs 16 mit einem mit Siliziumkarbid geladenen Epoxidüberzug. Die Anmelder haben festgestellt, daß sich zu diesem Zweck ein Überzug mit der Bezeichnung RP-3260 der Ren Plastics, East Lansing, Michigan, USA, einer Abteilung der Ciba- Geigy Company, besonders eignet. Die Scheibe 118 definiert eine gestufte zentrale Durchgangsbohrung 126, die sich in den Spülhohlraum 74 öffnet. In dieser Bohrung 126 wird ein Verteilerelement 128 aufgenommen, das den Verteiler 76, die Umlenkbleche 82 und einen Ringabschnitt 130 umfaßt, der mit dem Verteiler 76 zusammenwirkt, um den Spülströmungsweg 78 zu gestalten. Das Verteilerelement 128 umfaßt einen Außenoberflächenabschnitt 128' mit geringerem Diirchmesser und einen Außenoberflächenabschnitt 128" an dem Ringabschnitt 130 mit größerem Durchmesser. Der Abschnitt 128' wird in der Bohrung 120 des Wirbelwandelements 116 aufgenommen, während der Abschnitt 128" in der Stufenbohrung 120 der Scheibe 118 sitzt. Folglich verläuft der Spülströmungsweg 78, der zwischen dem Verteiler 76 und dem Ringabschnitt 130 definiert ist, radial einwärts in dem Verteilerelement 128 und radial einwärts des Ringabschnitts 130 und öffnet sich axial in den Spülhohlraum. Das Verteilerelement 128 definiert eine zentrale Bohrung 132, die durch die zentrale Öffnung 120 des Verdichter-Wirbelwandelements 116 eine Verbindung aufweist. Die Bohrung 132 steht dadurch mit dem Strömungsweg 16 in Verbindung.
  • Axial zu der Scheibe 118 und dem Verteilerelement 128 mit Zwischenabstand angeordnet befindet sich ein Scheibenelement 134 aus Metall, das die Wand 42 begrenzt. Die Anmelder haben festgestellt, daß das Element 134 aus Aluminium mit einem harten Eloxalüberzug auf den Oberflächen 45-56 gestaltet werden kann, um einem Abrieb widerstehen zu können, wenn die Partikel in den Einlaß 14 eintreten.
  • Durch Testen eines hierin beschriebenen Partikelabscheiders konnten die Anmelder feststellen, daß die durch die Scheibe 118 definierte Wand 44 einem Abrieb durch Partikel in dem Luftstrom gut widerstehen kann. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß die Epoxid- und Siliziumkarbid-Keramikoberfläche 60 dazu führt, daß auf der Oberfläche in einem spitzen Winkel auftreffende Partikel in einem noch spitzeren Winkel zurückprallen. Diese günstige Kontrolle des Grenzabprallens der Partikel wurde in Verbindung mit Figur 2 und den Partikeln 106, 110 beschrieben. Analog kann der Unterschied der Abprallverhalten von der glatten keramischen Oberfläche 60 im Vergleich zu einer weicheren Oberfläche mit dem Abspringen eines Tennisballs von einem Hartplatz und einem Sandlatz verglichen werden. Auf einem Ascheplatz bzw. auf einem Sandplatz greift der Tennisball die Oberfläche und konvertiert einen Teil seiner Geschwindigkeitsenergie in die Höhe des Abspringens. Ein Hartplatz bewirkt im Gegensatz dazu, daß der Tennisball über die Oberfläche wischt und niedriger von dem Boden abspringt, wobei die Geschwindigkeit nicht in die Absprunghöhe konvertiert wird. Die Anmelder gehen somit davon aus, daß der Abriebswiderstand und der geringe Abprallwinkel der Partikel von der Oberfläche 60 der Keramikscheibe 118 sowohl auf die Härte als auch auf die Glätte des keramischen Überzugs zurückzuführen sind. Die auf der Oberfläche auftreffenden Partikel neigen dazu mit einem flacheren Winkel als ihrem Einfallswinkel abzuprallen.
  • Die Anmelder gestalteten und testeten Abscheidevorrichtungen für Partikel gemäß dem hierin bevorzugten Ausführungsbeispiel. Diese Testeinheiten erzielten mit MIL5007-C Spezialsand eine Abscheidungseffizienz von 88,2% sowie 88,7% mit groben AC- Partikeln. Bei einem Vergleich mit den vorher aufgeführten Leistungsdaten von Axial-Partikelabscheidern schneidet die Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln sehr gut ab. Dabei paßt die vorliegende Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln jedoch wesentlich besser in die wesentlichen Strukturen eines Turbinenmotors als die Axialvorrichtungen. Die erfindungsgemäßen Partikelabscheider konnten außerdem Muttern, Bolzen, kleine Drahtstücke und Werkzeuge von Mechanikern aus dem Einlaßluftstrom in einen Turbinenmotor abscheiden. Einige dieser Fremdkörper sind zwar zu groß um aus dem Motor ausgestoßen zu werden, doch konnte vermieden werden, daß sie zu dem Verdichter gelangen und den Motor beschädigen.

Claims (9)

1. Radialeinlaßvorrichtung zur Abscheidung von Partikeln (40), mit: einem axial und radial beabstandeten Wandpaar (42, 44), die zusammenwirkend dazwischen einen ringförmigen Luftströmungsweg (16) begrenzen, der von einem Umgebungslufteinlaß radial einwärts verläuft und danach axial eine Wendung zu einem Auslaß aufweist; einem ringförmigen, sich radial und axial erstreckenden Verteilerelement (76), das sich im wesentlichen an dem Wendepunkt des Strömungswegs (16) axial und radial zwischen dem Wandpaar (42, 44) befindet und mit einer Wand (44) des genannten Paares zusammenwirkt, um von dem Strömungsweg (16) einen Spülströmungsweg (78) zu trennen, der einen ringförmigen Einlaß aufweist, der dem Umgebungslufteinlaß (14) gegenüberliegt, wobei die genannte eine Wand (44) eine ringförmige, sich axial erstreckende Erhöhung (62) aufweist, die radial zu der Erhöhung (50) der anderen Wand (42) des genannten Paares beabstandet ist, wobei die axialen Erhöhungen (50, 62) so zusammenwirken, daß sie eine Sichtlinie (102) radial in den Partikelabscheider (40) vorsehen, wobei sich die Sichtlinie (102) an ihrer radial inneren Begrenzung vollständig in dem Einlaß des Spülströmungswegs befindet, und wobei das Wandpaar (42, 44) radial außerhalb des Verteilerelements (76) und des Einlasses des Spülströmungswegs so zusammenwirkt, daß ein ringförmiger, sich axial erstreckender Durchlaß (66) mit einem minimalen Querschnitts-Strömungsbereich für den Strömungsweg (16) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß:
der ringförmige Durchlaß (66) sowohl eine bestimmte axiale Dimension (T) zwischen dem Wandpaar (42, 44) als auch einen bestimmten Querschnitts-Strömungsbereich (AT) für eine radiale Einwärtsströmung von Luft durch diesen Bereich aufweist, wobei der Durchlaß (66) relativ zu dem Umgebungslufteinlaß (14) einwärts einen radialen Abstand (RT) aufweist, wobei das Verhältnis von RT geteilt durch T in den Bereich von 3,39 bis einschließlich 3,84 fällt.
2. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von RT geteilt durch T vorzugsweise 3,39 beträgt.
3. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des Spülströmungswegs einen Bereich AS aufweist, wobei das Verhältnis von N geteilt durch AT in den Bereich von 0,56 bis einschließlich 0,75 fällt.
4. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von AS geteilt durch AT vorzugsweise 0,64 beträgt.
5. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerelement (76) an dessen radial äußeren Bereich zu der axialen Erhebung (50) der anderen Wand (42) einen axialen Abstand von AXS und radial einwärts des Umgebungslufteinlasses (14) einen Abstand RS aufweist, wobei das Verhältnis von AXS geteilt durch T in den Bereich von 0,34 bis einschließlich 0,55 fällt
6. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von AXS geteilt durch T vorzugsweise 0,34 beträgt.
7. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von RS minus RT und dann geteilt durch T, im Bereich von 0,85 bis einschließlich 2,38 liegt.
8. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von RS minus RT und dann geteilt durch T, vorzugsweise 1,90 beträgt.
9. Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Spülströmungsweg eine ringförmige Anordnung von Luftstrom-Umlenkblechen (82) mit einer Auftreffkante darstellt, welche dem Spüleinlaß gegenüberliegt, wobei die ringförmige Anordnung der Umkehrbleche (82) von Spüleinlaß radial einwärts einen Abstand aufweist, der dafür ausreicht, es zu verhindern, daß auf den Umkehrblechen (82) auftreffende Partikel wieder zurück in den Luftströmungsweg (16) abprallen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008060489A1 (de) * 2008-12-05 2010-06-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsteiler für ein Fantriebwerk

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5282428A (en) * 1992-04-24 1994-02-01 Advanced Disposal Systems International Limited Medical needle incinerator and sealer
US6134874A (en) * 1998-06-02 2000-10-24 Pratt & Whitney Canada Corp. Integral inertial particle separator for radial inlet gas turbine engine
US20030150198A1 (en) * 1999-05-21 2003-08-14 Lewis Illingworth Filterless folded and ripple dust separators and vacuum cleaners using the same
US6698180B2 (en) * 2001-08-01 2004-03-02 Rolls-Royce Corporation Particle separator for a turbine engine
US6499285B1 (en) 2001-08-01 2002-12-31 Rolls-Royce Corporation Particle separator for a gas turbine engine
US6508052B1 (en) 2001-08-01 2003-01-21 Rolls-Royce Corporation Particle separator
US6702873B2 (en) 2002-04-23 2004-03-09 The Boeing Company High particle separation efficiency system
US6755897B2 (en) * 2002-10-23 2004-06-29 Siemens Vdo Automotive Inc. Constant velocity radial inflow particle separator
JP4279245B2 (ja) * 2004-12-06 2009-06-17 本田技研工業株式会社 ガスタービンエンジン
EP1674694B1 (de) * 2004-12-23 2014-02-12 Rolls-Royce plc Saugkanal für einen Verdichter
WO2007120161A2 (en) * 2005-06-20 2007-10-25 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Particle separators for gas turbine engines
EP2466097A1 (de) 2005-06-20 2012-06-20 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Gebündelter Einlasspartikelselektor
EP2472082A3 (de) * 2005-06-20 2013-01-23 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Teilchenseparator für einen Gasturbinenmotor
US7581397B2 (en) * 2005-08-26 2009-09-01 Honeywell International Inc. Diffuser particle separator
US20080047425A1 (en) * 2006-08-23 2008-02-28 United Technologies Corporation Mission adaptable inlet particle separator
US7802433B2 (en) * 2006-09-27 2010-09-28 General Electric Company Adaptive inertial particle separators and methods of use
US7678165B2 (en) * 2006-12-28 2010-03-16 General Electric Company Particle separator using boundary layer control
US8424279B2 (en) 2007-03-28 2013-04-23 United Technologies Corporation Particle separator and debris control system
JP4858268B2 (ja) * 2007-03-29 2012-01-18 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
US8240121B2 (en) * 2007-11-20 2012-08-14 United Technologies Corporation Retrofit dirt separator for gas turbine engine
US8113003B2 (en) * 2008-08-12 2012-02-14 Siemens Energy, Inc. Transition with a linear flow path for use in a gas turbine engine
US8091365B2 (en) * 2008-08-12 2012-01-10 Siemens Energy, Inc. Canted outlet for transition in a gas turbine engine
US8065881B2 (en) * 2008-08-12 2011-11-29 Siemens Energy, Inc. Transition with a linear flow path with exhaust mouths for use in a gas turbine engine
WO2010074934A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Inlet particle separator system for a gas turbine engine
EP2379409B1 (de) 2008-12-30 2017-12-20 Sikorsky Aircraft Corporation Motorluftpartikelabscheider
US8616007B2 (en) * 2009-01-22 2013-12-31 Siemens Energy, Inc. Structural attachment system for transition duct outlet
US7922784B2 (en) * 2009-03-23 2011-04-12 King Fahd University Of Petroleum And Minerals System for inertial particles separation
US20120105839A1 (en) * 2009-07-11 2012-05-03 Enertechnix, Inc Progressive Cut-Size Particle Trap and Aerosol Collection Apparatus
US8176720B2 (en) * 2009-09-22 2012-05-15 Siemens Energy, Inc. Air cooled turbine component having an internal filtration system
US9314723B2 (en) * 2012-09-17 2016-04-19 Honeywell International Inc. Inlet particle separator systems and methods
US10184399B2 (en) 2012-09-17 2019-01-22 Honeywell International Inc. Inlet particle separator systems and methods
US9206740B2 (en) * 2013-01-04 2015-12-08 Honeywell International Inc. Liquid injection inlet particle separator systems and methods
WO2015064185A1 (ja) * 2013-11-01 2015-05-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 竪型ローラミル
US9631554B2 (en) 2014-01-14 2017-04-25 Honeywell International Inc. Electrostatic charge control inlet particle separator system
CN106661948A (zh) 2014-06-26 2017-05-10 西门子能源公司 在相邻过渡导管主体之间的交汇部的汇合流连接部插入件系统
JP6279772B2 (ja) 2014-06-26 2018-02-14 シーメンス エナジー インコーポレイテッド 隣接する移行ダクト体の間の交差部における収束流れ接合部挿入システム
GB2533586A (en) * 2014-12-22 2016-06-29 Rolls Royce Plc Gas turbine engine intake duct
GB2534978B (en) * 2014-12-22 2017-06-21 Rolls Royce Plc Particle separation within a gas turbine intake duct
US10267179B2 (en) 2014-12-31 2019-04-23 General Electric Company Dirt extraction apparatus for a gas turbine engine
US20160325214A1 (en) * 2015-05-06 2016-11-10 Caterpillar Inc. Contaminate separator for seals of rotating shafts
US10012147B2 (en) * 2015-08-17 2018-07-03 United Technologies Corporation Apparatus and method for air particle separator in gas turbine engine
US10138904B2 (en) * 2016-01-06 2018-11-27 Honeywell International Inc. Inlet particle separator system with high curvature hub
US10724436B2 (en) * 2016-01-21 2020-07-28 General Electric Company Inlet particle separator for a turbine engine
US10400670B2 (en) 2016-06-15 2019-09-03 General Electric Company Inlet particle separator for a turbine engine
US10830138B2 (en) 2016-07-20 2020-11-10 General Electric Company Fine debris multi-stage separation system
US10695704B2 (en) 2016-07-20 2020-06-30 General Electric Company Multi-station debris separation system
US10400795B2 (en) 2016-07-20 2019-09-03 General Electric Company High pressure cyclonic separator for turbomachinery
US10787920B2 (en) 2016-10-12 2020-09-29 General Electric Company Turbine engine inducer assembly
US10245540B2 (en) 2017-01-09 2019-04-02 Pratt & Whitney Canada Corp. Inertial particle separator for engine inlet
US10920608B2 (en) * 2017-09-06 2021-02-16 Siemens Energy, Inc. Dead leg debris extractor for continuous on-line operation
US10767558B2 (en) 2018-03-07 2020-09-08 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Adaptive-curvature inertial particle separators
US10767559B2 (en) 2018-03-29 2020-09-08 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Adaptive-area inertial particle separators
US11066996B2 (en) 2018-04-27 2021-07-20 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine with inertial particle separator
US10731557B1 (en) * 2019-04-19 2020-08-04 Hamilton Sundstrand Corporation Cyclonic dirt separator for high efficiency brayton cycle based micro turbo alternator
AT521979B1 (de) * 2019-07-03 2020-07-15 Univ Linz Vorrichtung zum Filtern von Partikeln
US11674527B2 (en) 2020-06-08 2023-06-13 Honeywell International Inc. Compressor ported shroud with particle separator
US11964223B1 (en) * 2022-10-15 2024-04-23 Beta Air, Llc Methods and apparatus for an inertial separation of air in an electric aircraft

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE141777C (de) *
GB758530A (en) * 1953-11-10 1956-10-03 Napier & Son Ltd Improvements relating to the cleaning of air compressors of the centrifugal type
US3362155A (en) * 1965-03-29 1968-01-09 Gen Electric Axial flow separator
US3402881A (en) * 1965-05-26 1968-09-24 Holley Carburetor Co Aircleaner and silencer
US3371471A (en) * 1965-10-15 1968-03-05 Avco Corp Sand and dust collector for engine air inlets
US3546681A (en) * 1969-01-30 1970-12-08 Rca Corp Programmed method for manipulating electronic fonts in electronic photocomposition systems
US3521431A (en) * 1969-04-28 1970-07-21 Avco Corp Particle separator for engine air inlets
US3534548A (en) * 1969-06-30 1970-10-20 Avco Corp Separator apparatus for engine air inlets
CH521514A (de) * 1970-07-15 1972-04-15 Linde Ag Entspannungsturbine
US3766719A (en) * 1971-11-26 1973-10-23 United Aircraft Corp Particle and moisture separator for engine inlet
US3751907A (en) * 1971-12-08 1973-08-14 Caterpillar Tractor Co Inertial air cleaner for gas turbine
US3970439A (en) * 1973-10-15 1976-07-20 Avco Corporation Particle separator
US3977811A (en) * 1975-10-23 1976-08-31 Avco Corporation Air pump for use in dusty environment
US4527387A (en) * 1982-11-26 1985-07-09 General Electric Company Particle separator scroll vanes
US4685942A (en) * 1982-12-27 1987-08-11 General Electric Company Axial flow inlet particle separator
US4509962A (en) * 1983-10-06 1985-04-09 Pratt & Whitney Canada Inc. Inertial particle separator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008060489A1 (de) * 2008-12-05 2010-06-10 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Strömungsteiler für ein Fantriebwerk
US8438828B2 (en) 2008-12-05 2013-05-14 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Flow divider having breaking points for a fan engine

Also Published As

Publication number Publication date
EP0540551B1 (de) 1995-08-16
EP0540551A1 (de) 1993-05-12
WO1992001149A1 (en) 1992-01-23
DE69112216D1 (de) 1995-09-21
US5039317A (en) 1991-08-13

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