DE916912C - Vorrichtung zur Regelung des Duesenleitkanalquerschnittes von Gsturbinen, insbesondere Abgasturbinen - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung des Duesenleitkanalquerschnittes von Gsturbinen, insbesondere Abgasturbinen

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Publication number
DE916912C
DE916912C DED8396D DED0008396D DE916912C DE 916912 C DE916912 C DE 916912C DE D8396 D DED8396 D DE D8396D DE D0008396 D DED0008396 D DE D0008396D DE 916912 C DE916912 C DE 916912C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas turbines
exhaust gas
control
section
regulating
Prior art date
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Expired
Application number
DED8396D
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Paul Giertz
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Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Original Assignee
Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/162Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line

Description

  • Vorrichtung zur Regelung des Düsenleitkanalquerschnittes von Gasturbinen, insbesondere Abgasturbinen Die Regelung des Wärmegefälles der Abgasturbinen geschieht heute,durchweg durch Abblasen von Abgas vor dem Eintritt in den Leitapparat, wenn der dem Sollwert des Gefälles entsprechende Druck vor der Turbine überschritten wird. Das Abblasen bedeutet einen Energieverlust, der erheblich sein kann, wenn .die Abgasmenge sich in weiten Grenzen ändert, wie es bei Höhenflugmotoren der Fall ist. Bei Auslegung des Düsenquerschnittes der Turbine für .die größte Abgasmenge ist es andererseits erforderlich, zwecks Aufrechterhaltung des der erforderlichen Leistung entsprechenden Wärmegefälles bei sich ändernder Abgasmenge die Größe des Düsenquerschnittes im Betrieb zu verändern.
  • Vorrichtungen zur Änderung des Düsenquerschnittes während des Betriebes sind zwar bekannt, sie sind aber nicht zur Verwendung unter den besonderen Betriebsbedingungen geeignet, mit denen bei Abgasturbinen für Flugmotoren gerechnet werden muß. Das aus dem Dampfturbinenbau bekannte Regelverfahren durch Drosseln mit Hilfe eines oder mehrerer gleichzeitig betätigter Schieber, die sich auf einer zur Turbinenachse konzentrischen Kreisbahn bewegen, ist nicht verwendbar, weil die hohe Temperatur (bis über iooo° C) des Treibmittels die Benutzung von Schiebern überhaupt unmöglich macht und weil dieses Verfahren ,die volle Beaufschlagung der Turbine auf dem ganzen Umfang, die für günstigste Auslegung meist erforderlich ist, ausschließt. Auch eine Regelung durch Ändern des Düsenwinkels, wie sie auch für Gasturbinen schon vorgeschlagen wurde, kann bei Abgasturbinen für Flugmotoren nicht verwendet werden, da mit Rücksicht auf den Radwirkungsgrad die Änderung des Düsenwinkels eine Anpassung der Drehzahl erfordert, die bei ortsfesten Gasturbinenanlagen mit Leistungsregelung durch Änderung des Düsenwinkels sich von selbst im richtigen Sinne vollzieht, da sie Zweck der Regelung ist, während im Flugmotorenturboladerbetrieb bei kleiner werdender Gasmenge in der Höhe infolge Absinkens der Luftdichte .durch Ändern der Düsenquerschnittsfläche Drehzahl und Leistung gerade konstant gehalten -,werden soll. Insbesondere die Abgasturbine für den Flugmotor erfordert also eine Regelung, die bei gleichbleibendem Düsenwinkel erfolgt, die in heißem Abgas einwandfrei arbeitet, die volle Beaufschlagung des Umfangs zuläßt und die von außen betätigt werden kann, ahne daß durch austretendes Gas Verluste und Brandgefahren verursacht werden.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung des Düsenleitkanalquerschnittes von Gasturbinen, insbesondere Abgasturbinen, mit Hilfe drehbarer, als Leitschaufeln ausgebildeter Absperrklappen. Sie wird diesen Forderungen dadurch gerecht, daß erfindungsgemäß alle oder ein Teil der den Querschnitt der Düsenleitkanäle regelnden Absperrklappen mit je einer Öffnungs- und Schließnase versehen sind und die Absperrklappen durch einen die öffnungs- oder Schließnasen mitnehmenden Regelschieber nach einander geöffnet oder nacheinander geschlossen werden. In Weiterbildung der Erfindung ist jede Absperrklappe mit einem Sperrglied versehen, das die benachbarten Absperrklappen in der offenen und geschlossenen Stellung an der Bewegung hindert.
  • Weitere Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung. Das Fortschrittliche dieser Erfindung liegt also in der Verwendung von Regelorganen und Betätigungselementen, die für hohe Gastemperaturen geeignet sind und deren Arbeitsweise auf die Betriebsverhältnisse und den besonderen Regelzweck bei Abgasturbinen abgestellt ist.
  • Abb. i stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit auswechselbaren Regelklappen im Schnitt in geschlossenem Zustand dar; Abb. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Regelorgane des gleichen Ausführungsbeispiels, aus der die gegenseitige Sperrung ,der Klappen in geöffnete@m Zustand zu ersehen ist; Abb. 3 zeigt dieselben Klappen und ihre gegenseitige Sperrung im geschlossenen Zustand; Abb. 4 veranschaulicht die Betätigung der Regelklappen durch einen Regelschieber; Abb. 5 gibt die Befestigung beispielsweise zweier symmetrisch angeordneter Regelschieber an einem Zahnkranz in Ansicht und Schnitt wieder, der im Ausführungsbeispiel in vier Zahnritzeln geführt und durch die verlängerte Welle eines der Ritzel angetrieben wird; Abb. 6 zeigt in perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für niedrigere Gastemperaturen, bei dem die Regelklappen, die mit den Betätigungs- und Sperrhebeln im Blechstanzverfahren aus einem Stück herstellbar sind, geöffnet dargestellt sind; Abb.7 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie Abb. 6, jedoch mit geschlossenen Regelklappen.
  • Die Regelvorrichtung nach den Abb. i bis 5 wirkt wie folgt: Eine dem gewünschten Regelbereich entsprechende Anzahl der Düsenleitkanäle ist mit Absperrklappen a versehen, die den Düsenleitkanal am Gaseintritt öffnen oder schließen und deren Drehachsen b in der Boden- und Deckwand des Leitkanals gelagert sind. Auf der durch die Düsendeckwand c hindurch verlängerten Achse sind die öffnungsnase d, die Schließnase Bund die beiden Sperrhebel f und g befestigt, die in vorliegendem Ausführungsbeispiel zu je einem aus einem Stück gearbeiteten oder geschweißten Klinkelement zusammengefaßt sind. Beim Regelvorgang werden diese Klinkelemente nacheinander durch einen oder mehrere Regelschieber h betätigt, die zur Verminderung des Düsenquerschnittes in der einen, zur Vergrößerung in ,der anderen Richtung an den Elementen entlanggeführt werden, so daß sie im ersten Fall die Schließnasen e, im letzten die Öffnungsnasen d mitnehmen, die Klappen a also nacheinander schließen bzw. öffnen. Die Festlegung der Klappen in den beiden Endstellungen erfolgt durch die beiden Sperrhebel f und g, wie aus Abb. 2 und 3 hervorgeht.
  • Betrachtet man die Abb. 2 und denkt man sich den Regelschieber h gegen die Öffnungsnase d ge-,drückt, so liegt die Fläche f1 an der Stelle g1 des Sperrhebels g an. Die Absperrklappe a, die links von der durch denRegelschieber gehaltenen Absperrklappe liegt, kann somit ihre Stellung nicht verändern. Das gleiche gilt für die weiter links angeordneten Klappen. Sind die Absperrklappen geschlossen, d. h. drückt die Nase hl .des Regelschiebers h gegen die Schließnase e, so liegt nunmehr die Nase g2 des Absperrhebels g an der Fläche f1 des Hebels f, so daß die rechts von dem durch den Regelschieber gehaltenen Absperrschieber angeordneten Absperrschieber sich nicht öffnen können.
  • Die jeweils letzte Regelklappe in einer Reihe von Klappen in der einen Regelstellung und die. darauffolgende erste Klappe in der anderen Regelstellung werden vom Regelschieber selber gesperrt, wie aus Abb. 4 ersichtlich ist. In jeder Stellung der Schieber sind also sowohl die offenen als auch .die geschlossenen Klappen gesperrt. In diesem Ausführungsbeispiel sind, wie aus Abb. 5 hervorgeht, die Schieber h zwecks Führung auf einer Kreisbahn an einem Zahnkranz h befestigt, der seinerseits in drei oder mehreren Zahnritze'ln l geführt wird. Die Führung des Zahnkranzes kann auch beispielsweise durch Fübrungsknac'ken am Gehäuse oder anderweitig erreicht werden. Der Antrieb des Zahnkranzes erfolgt über die verlängerte Welle m eines der Führungsritzel 1, die durch die Gehäusewand hindurchgeführt und durch eine Stopfbuchse abgedichtet wird. Der Regelungsantrieb liegt außerhalb des heißen Gasstromes in einem nach außen abgedichteten Ring raun yt, der nötigenfalls mit einer Durchflußkü.hlung versehen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Regelklappen einzeln ausgebaut und ausgewechselt werden.
  • Die Regelung kann, statt am Gaseintritt in die Leitkanäle auch am Gasaustritt aus den Leitkanälen erfolgen. Außerdem können jeweils mehrere Leitkanäle durch eine Klappe gleichzeitig geschlossen werden. Die Klappen selber können auch als Düsenleitbteche verwendet werden, so daß die festen Düsenleitkanäle in Fortfall kommen.
  • Zur Vermeidung des Nachbrennens be-i Betrieb des Motors bzw. Gaserzeugers mit Luftmangel infolge Durchtretens der Kühlluft durch die Klappenlagerung in die Leitkanäle kann die Kühlung des abgedichteten Ringraumes n durch kaltes Abgas erfolgen.
  • Für Turbinen mit Betriebstemperaturen, die eine Anordnung der Regelorgane im Gasstrom zulassen, ist eine Vereinfachung in der- Herstellung dadurch möglich, daß die Regelklappen mit Betätigungs- und Sperrhebeln aus Blech .gestanzt werden können, wie es die Abb. 6 und 7 für das zweite Ausführungsbeispiel zeigen.
  • Die Absperrklappen a1 werden in Scharnieren o geführt, die Öffnungsbewegung durch die mit der Absperrklappe verbundene Öffnungsnase dl und die Schließbewegung durch Einwirken unmittelbar auf die Absperrklappen eingeleitet. Die Sperrung der Absperrklappen in geöffnetem und geschlossenem Zustand erfolgt ähnlich, wie es die Abb. i bis q. zeigen. Dadurch, daß, z. B. im geschlossenen Zustand, den Abb. 7 dargestellt, die rechts angeordnete Absperrklappe a1 von dem Regelschieber in der Schließ stellung gehalten wird, kann die links daneben liegende Klappe sich nicht öffnen, weil die Kante 92' sich gegen die Fläche fi legt.
  • In Anwendung auf den Abgasturbolader bietet die vorliegende Erfindung .die Möglichkeit, durch vorübergehendes Schließen einer bestimmten Anzahl von Klappen a oder a1 die größtmögliche Beschleunigung der aufgeladenen Brennkraftmaschine zu erzielen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Regelung des Düsenleitkanalquerschnittes von Gasturbinen, insbesondere Abgasturbinen, mit Hilfe drehbarer, als Leitschaufeln ausgebildeter Absperrklappen, da-.durch gekennzeichnet, daß alle oder ein Teil der den Querschnitt der Düsenleitkanäle regelnden Absperrklappen (a, a1) mit je einer Öffnungs-(d, dl) und Schließnase (e, e1) versehen sind und d!ie Absperrklappen (a, a1) durch einen die Öffnungs- oder Schließnasen mitnehmenden Regelschieber (h) nacheinander geöffnet oder nacheinander geschlossen werden.
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß j e eine Absperrklappe (a, a1) mit einem Sperrglied (g, f) versehen ist, das die benachbarten Absperrklappen in der offenen und geschlossenen Stellung an der Bewegung hindert.
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Regelschie ber (h) an einem Zahnkranz (k) befestigt sind, der in drei oder mehreren Zahnritzeln (L) geführt und über die verlängerte Welle (m) eines oder mehrerer Ritzel angetrieben wird. q.. Regelvorrichtung nach Anspruch i bis 3, bei dem die Regelorgane in einem abgeschlossenen Ringraum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der nach außen abgedichtete Ringraum (n) mit einer Durchflußkühlung versehen ist, bei der als Kühlmittel Luft oder gekühltes Abgas verwendet wird.
DED8396D 1941-05-20 1941-05-20 Vorrichtung zur Regelung des Duesenleitkanalquerschnittes von Gsturbinen, insbesondere Abgasturbinen Expired DE916912C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1190735B (de) * 1953-06-08 1965-04-08 Garrett Corp Eintrittsleitvorrichtung fuer Zentripetalstroemungsmaschinen
EP0747574A2 (de) * 1995-06-05 1996-12-11 ROLLS-ROYCE plc Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln
JP2015075104A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービン翼用のロックリンク機構

Cited By (4)

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EP0747574A2 (de) * 1995-06-05 1996-12-11 ROLLS-ROYCE plc Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln
EP0747574A3 (de) * 1995-06-05 1998-11-25 ROLLS-ROYCE plc Statorstufe mit verstellbaren Leitschaufeln
JP2015075104A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービン翼用のロックリンク機構

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