SE447152B - Tvadimensionellt utblasningsmunstycksaggregat med variabel yta for en gasturbinmotor - Google Patents

Description

447 152 2' Den kända bukklaffen medger reglering av öppningsytan vid dragning såväl framåt som i vektorriktningen. Då emellertid huv och bukklaff svänger kring samma axel, avgränsar bukklaffen en i huvudsak konstant (dvs. icke variabel) öppningsyta mellan sig och huven vid alla huvens lägen under dragning i vektorriktningen.

J n .f-flff' Detta är en icke önskvärd begränsning.

Andra patent av mera allmänt intresse vad gäller teknikens ståndpunkt är US-PS 2 969 641, avseende överförande/svängande klaffar för ett tredimensionellt munstycke för ett yttre ring- format, sekundärt luftflöde; US-PS 3 367 579, avseende frihängan- de, överförande/roterande divergerande klaffar för ett tredimen- sionellt konvergerande/divergerande munstycke; samt US-PS 4 000 854, avseende ett tvådimensionellt konvergerande/divergerande munstycke med variabel yta och med en övre nedströmsklaff som vid framänden är svängbart ansluten till bakänden på en konver- gerande uppströmsklaff och som med bakänden är svängbart ansluten till nedströmsänden på en yttre vingklaff, vars rörelser reglerar nedströmsklaffens vinkelinställning. Ingen av dessa publikatio- ner omtalar deflektorhuvar för dragning i vektorriktningen. En klaff av buktyp som såväl överför som roterar för att variera öppningsytan hos ett tvådimensionellt munstycke, beskrives i US-PS 4 013 226.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett bättre tvådimensionellt konvergerande/dívergerande utblås- ningsmunstycke med variabel yta.

Vidare avses att åstadkomma ett konvergerande/divergerande utblåsningsmunstycke med ett reduceringsförhållande.

Ett tvâdimensionellt utblåsningsmunstycke innefattar så- ledes övre och nedre åtskilda, rörliga klafforgan, vilka av- gränsar en konvergerande/divergerande flödesbana i munstycket, varvid det övre klafforganet innefattar en uppströms belägen konvergerande klaff, som vid sin bakkant är svängbart lagrad på en nedströms belägen divergerande klaff, och varvid mun- stycket är rörligt mellan lägen för maximal och minimal öpp- ningsyta för dragning framåt med hjälp av manöverorgan inne- fattande styrorgan som styr uppströmsklaffens framkant att röra sig nedströms samtidigt som svängförbandet och nedströms- klaffens bakkant styres att röra sig såväl nedströms som när- li mare motoraxeln.

Med denna anordning kan den konvergerande uppströms- klaffen föras från ett läge med stor öppningsyta till ett läge 3' 447 152 med mycket mindre öppningsyta, medan den divergerande nedströms- klaffen bibehåller en relativt grund divergeringsvinkel under denna förskjutning för att undvika problem med separation av gräns- skikt.

Munstycket kan användas i utföranden som erfordrar ett dylikt tvådimensionellt konvergerande/divergerande munstycke med variabel yta eller, som framgår nedan, med en deflektorhuv och svängklaff- förlängning för vertikala eller korta starter.

Uppfinningen skall nedan närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 är ett schematiskt tvärsnitt genom ett utblâsnings- munstycksaggregat enligt uppfinningen visat för dragning framåt; fig. 2 är en perspektivvy, delvis bortskuren, av aggregatet enligt fig. 1; fig. 3 motsvarar fig. l men visar aggregatet i läge för dragning i vertikal led; och fig. 4 är en perspektivvy, delvis bortskuren, av aggrega- tet i läget enligt fig. 3.

Med hänvisning till fig. l och 2, betecknas ett utblås- ningsmunstycksaggregat för en gasturbinmotor generellt med 2, och innefattar ett motorutblåsningsledningsorgan 4 med mitt- för varandra liggande topp- och bottenväggar 6, 8, sidoväggar 10, 12 samt övre och nedre ledningsinsatser 25, 26. En ut- blåsningsmunstycksanordning 14 är anordnad inuti och fäst vid utblâsningsledningsorganet 4. Anordningen 14 innefattar ett konvergerande/divergerande munstycke 16 med variabel yta, en extern expansionsanordning 18 och en deflektor 20 av huvtyp för att omleda utblâsningsgasflödet nedåt för vertikal eller kort start. Munstycksaggregatet 2 enligt fig. l visas i läge- na för dragning framåt med maximal öppningsyta (heldragna linjer) och minsta möjliga öppningsyta (punktstreckade linjer).

Fig. 2 är en perspektivvy över munstycksaggregatet i läget för dragning framåt med maximal öppningsyta.

Det konvergerande/divergerande munstycket 16 innefattar ett övre och ett nedre klafforgan 22 resp. 24. Klafforganen 22, 24 avgränsar tillsammans med ledningsinsatserna 25, 26 och sidoväggarna 10, 12 en gasflödesbana 27 i utblâsnings- munstycket. Det övre klafforganet 22 innefattar en uppströms- klaff 28 och en nedströmsklaff 30. Uppströmsklaffens 28 bak- kant 32 är svängbar utmed en axel 33 kring nedströmsklaffens 30 framkant 34. Axeln 33 är förskjutbar utmed en båglinje 36 4. 447 152 medelst rullar 37 på respektive sida om det övre klafforganet 22 och vilka glider i spår 38 i sidoväggarna 10, 12. Framkanten 40 på uppströmsklaffen 28 glider på rullar i bågformade spår 42 i sidoväggarna 10, 12. Bakkanten 44 på nedströmsklaffen 30 är sväng- bart ansluten till ändarna 46 på ett par medbringarlänkar 48 in- vid sidoväggarna 10, 12. Medbringarlänkarna är svängbart monterade på sidoväggarna för rotation kring en fast axel 50.

I detta utförande begränsar spåren 38, 42 uppströmsklaffens 28 fram- och bakkanters 40, 32 förskjutning längs cirkelformade båglinjer kring ett gemensamt centrum 39. Detta hjälper till att balansera tryckbelastningar på klaffen 28 för att minimera momen- ten. Andra spårformer kan dock användas där, då munstycket 16 rör sig från maximal till minimal öppningsyta, uppströmsklaffens framkant 40 rör sig nedströms (dock ej nödvändigtvis parallellt med motoraxeln), medan bakkanten 32 rör sig nedströms och mot motoraxeln till en punkt nedanför dess ursprungliga läge varunder klaffen bibehåller en konvergerande vinkel relativt motoraxeln.

Det nedre klafforganet 24 innefattar i detta utförande en enkål bukklaff 58 som sträcker sig mellan sidoväggarna 10, 12 och som uppvisar en fram- och en bakkant 60 resp. 62. Bukklaffens 58 framkant 60 är förskjutbar upp- och nedströms inom raka spår 64 i sidoväggarna 10, 12. Rullar 66 som är fästa vid bukklaffen 58 mellan dess fram- och bakkanter 60, 62 glider i krökta kam- spår 68 i sidoväggarna 10, 12. I Lägesinställning av det övre klafforganet 22 sker med hjälp av ett par första manöverorgan 52, varav ett är svängbart anslu- tet till sidoväggen 10 medan det andra (ej visat) är svängbart anslutet till sidoväggen 12. En manöverstång 56 på resp. manöver- organ 52 är fäst vid uppströmsklaffens 28 framkant 40, och dess rörelse reglerar läget på framkanten 40 i spåret 42 och därvid läget på det övre klafforganet 22.

Ett par åtskilda andra manöverorgan 70 som är monterade på sidoväggarna 10, 12, har sina manöverstänger 72 fästa vid fram- kanten 60 på bukklaffen 58 och förskjuter framkanten i spåren 64.

Spåren 64, 68 samt läget på manöverstängerna 72 reglerar läget och inriktningen på bukklaffen, vilken rör sig såväl upp- och ned- ströms som mot och bort frân motoraxeln.

Av det föregående är det uppenbart att det övre klafforganet 22 och det nedre klafforganet 24 samverkar med varandra för att variera öppnings- och utgångsytan på flödesbanan 27 i det kon- vergerande/divergerande utblåsningsmunstycket. Såsom framgår vid 447 152 en jämförelse av de maximala och minimala öppningsytorna för alst- ring av dragkraft framåt, medför länksystemet som avgränsar det övre klafforganet 22 den fördelen att alstra ett mycket stort redu- ceringsförhållande medan en relativt grund divergeringsklaffvinkel bibehålles. Således elimineras 'härvid behovet av en lång diverge- ringsklaff för att reducera klaffvinkeln och förhindra gränsskikts- separation.

Den externa expansionsanordningen 18 samverkar med det kon- vergerande/divergerande munstycket 16 med variabel yta. Anordningen 18 innefattar en svängklaff 74 med en framkant 76, en bakkant 78 och en expansionsyta 80. Framkanten 76 är svängbart ansluten till deflektorns 20 bakkant 82 och parallell med nedströmsklaffens 30 bakkant 44. Ett par tredje manöverorgan 84 (endast ett visas) är svängbart monterade vid sidoväggarna 10, 12 till utblâsningsled- ningsorganet. Manöverstängerna 88 till organen 84 är vid 89 fästa på sidoväggpaneler 90 på deflektorn 20. Läget på svängklaffens 74 framkant 76 regleras därvid av läget på deflektorn 20, som roteras kring axeln 50 av de tredje manöverorganen 84.

Läget på svängklaffens 74 bakkant 78, och därvid expansions- ytans 80 vinkelinställning, är oberoende reglerbart medelst ett länkorgan innefattande en vingklaff 91, ett fyra-stängers länk- system 92 invid varje sidovägg 10, 12 och ett par fjärde manöver- organ 93 (endast ett visas) som är svängbart monterade vid sido- väggarna. Varje fyra-stängers länksystem 92 innefattar en nedre drivvevaxel 94, en övre medbringarvevaxel 96 och en förbindelse- stång 98. Vingklaffens 91 framkant 100 är utmed en axel 102 sväng- bart ansluten till de övre vevaxlarna 96, medan bakkanten 104 utmed en axel 105 är svängbart ansluten till svängklaffens 74 bak- kant 78. De nedre vevaxlarna 94 svänger kring den fasta axeln 50, medan de övre vevaxlarna 96 är svängbart monterade vid utblåsnings- organet 4 via en cantileverstödhållare 108 (fig. 4) för rotation kring en fast axel 99. Manöverstänger 110 på manöverorganen 93 är vid lll fästa vid de nedre vevaxlarna 94. Härigenom reglerar de fjärde manöverorganen 93, i konjunktion med huvmanöverorganen 84, läget på svängklaffens 74 bakkant 78.

Vid dragning framåt kontrolleras öppningsytan för utblås- ningsmunstyckets flödesbana 27 av läget på de första och andra manöverorganen 52, 70. De tredje manöverorganen 84, vilka roterar deflektorn 20, är synkroniserade med de första manöverorganen 52 så, att svängklaffens 74 framkant 76 förblir i närheten av ned- strömsklaffens 30 bakkant 44. Synkronisering kan ske medelst vilket 447 152 som helst lämpligt kontrollorgan 112 som sammankopplar dessa manöverorgan. Samtidigt, eller på annan tidpunkt, reglerar de fjärde manöverorganen 93 läget på svängklaffens 74 bakkant 78 för trimning av expansionsytans 80 läge för att maximera drag- kraften. Genom denna möjliga begränsade förskjutning av deflek- torn 20 vid dragning framåt, anses deflektorn 20 vara undanförd till viloläge emedan den befinner sig ovanför det övre klaff- organet 22 och borta ur gasflödesbanan.

Notera att ifall det konvergerande/divergerande munstycket 16 enligt ritningarna skulle användas utan expansionsanordning 18, skulle inget annat krav föreligga än att nedströmsklaffens 30 bakkant 44 rör sig i en cirkelformad båge. I detta fall kan vilken som helst rörelse som ger munstycket l6 ett stort redu- ceringsförhållande utan separation av gränsskiktet från ned- strömsklaffens 30 yta, vara acceptabel. Företrädesvis sker så- dan rörelse från ett första läge där nedströmsklaffen bildar en divergeringsvinkel relativt motoraxeln till ett andra läge där dess nedströmskant befinner sig längre nedströms och under dess första läge. Syftet är att reducera öppningsytan medan samtidigt divergeringsvinkeln förhindras bli alltför brant då nedströmsklaffens framkant närmar sig motoraxeln.

Med hänvisning till fig. 3 och 4, vrides, för dragning i vertikal led, deflektorn medurs till sitt utvecklade läge, i vilket densamma avleder utblåsningsgaserna nedåt. Enär det är ofördelaktigt att vända överljudsflödet inuti utblåsningsmun- stycksaggregatet 2, föres vid vertikaldragning det övre klaff- organet 22 till sitt mest öppna läge (se fig. 3), vilket an- vändes endast vid dragning i vektorriktningen för att maximera flödesbanans 27 tvärsnittsyta i munstycket 16. I detta läge bildar bukklaffens 58 bakkant 62, i kombination med deflektorn 20, munstyckets öppningsyta, vilken kan varieras genom manöv- rering av bukklaffen 58. Fig. 3 illustrerar för vertikaldrag- ning den minsta (heldragna linjer) resp. den största (punkt- streckade linjer) öppningsytan. I fig. 4 visas bukklaffen 58 helt tillbakadragen till bildande av den maximala öppnings- ytan för vertikal dragning. Också vid vertikal dragning av- gränsar ving- och svängklaffarna 91 resp. 74 en yttre yta för munstycksaggregatets 2 nedströmsände.

Det är för fackmannen uppenbart att föreliggande upp- finning kan modifieras och ändras inom ramen för efterföl- jande patentkrav. Exempelvis kan spåren 38, 42 ha samma krök-

Claims (5)

447 152 ningscentrum och de kan ersättas av en länk som är fast förank- rad vid uppströmsklaffen 28 och svängbart fäst vid ledningsorga- net 4 längs axeln 39. Ett fyra-stängers länksystem bildas därvid, bestående av nämnda länk (inklusive uppströmsklaffen), medbringar- länken 48 och nedströmsklaffen 30, och rotation av länksystemet medelst ett manöverorgan resulterar i en förskjutning av det övre klafforganet 22 som är identisk med rörelsen vid utnyttjandet av spåren 38, 42. Det är också möjligt att eliminera de fjärde manöverorganen 93 genom att koppla den nedre vevaxeln 94 till medbringarlänken 48 så att de roterar tillsammans åtminstone genom det övre klaff- organets 22 lägen för dragning framåt. Lämpligt val av längden pâ vevaxlarna 94, 96, förbindelsestången 98 och vingklaffen 91, kan ge ett fast inställningsschema för expansionsytan 80, så att den alltid är i huvudsak i linje med nedströmsklaffens 30 yta; dock går möjligheten till trimning av expansionsytans inställ- ning förlorad. Det är även möjligt att eliminera länksystemet 92 innefat- tande vevaxlarna 94, 96 och förbindelsestången 98. Istället kan ett separat manöverorgan monterat på insidan av ledningsorganets 4 toppvägg 6, ha sin manöverstång ansluten direkt till vingklaf- fens 91 framkant 100 och kan organet användas för trimning av svängklaffens 74 läge. Av ovanstående är det också uppenbart att expansionsanord- ningen 18 i kombination med deflektorn 20 kan användas med vilket som helst, tvådimensionellt konvergerande/divergerande munstycke med variabel yta och med en nedströms belägen övre klaff, vars bakkant rör sig i en cirkelbâge kring samma fasta axel, kring vilken huven roterar. Patentkrav:

1. l. Tvådimensionellt utblåsningsmunstycksaggregat med varia- bel yta för en gasturbinmotor, varvid motorn uppvisar en axel, k ä n n e t e c k n a t a v dels ett utblåsningsledningsorgan (4) med mittför varandra belägna, fasta sidoväggar (10, 12); dels ett utblåsningsmunstycke (16) med variabelt läge anord- nat i ledningsorganen (4) och innefattande ett övre klafforgan (22) samt ett mittför detta beläget nedre klafforgan (24), varvid klafforganen (22, 24) och nämnda sidoväggar (10, 12) tillsammans 447 152 avgränsar en konvergerande/divergerande flödesbana (27) i utblås- ningsmunstycket, varvid utblåsningsmunstycket (16) uppvisar en främre ände och en bakre ände, varav den främre änden befinner sig uppströms om den bakre änden och varvid det övre klafforganet (22) uppvisar en rörlig uppströmsklaff (28) med en fram- och en bakkant (40, 32) och en rörlig nedströmsklaff (30) med en fram- och en bak- kant (34, 44), där nedströmsklaffens (30) framkant (34) är svängbart lagrad längs en första axel (33) vid uppströmsklaffens (28) bakkant (32) för svängning av nedströmsklaffen kring nämnda första axel; dels ett första manöverorgan (52) i anslutning till det övre klafforganet (22) för att förskjuta och styra detsamma för reglering av munstyckets (16) öppningsyta, varvid manöverorganet (S2) inne- fattar ett styrorgan för styrning av det övre klafforganets (22) rörelse mellan A) ett första läge med maximal öppningsyta, där i) uppströmsklaffen (28) bildar en konvergerande vinkel med motoraxeln,och ii) nedströmsklaffen (30) bildar en divergerande vinkel med motoraxeln, och B) ett andra läge med minimal öppningsyta, där i) uppströmsklaffens (28) framkant (40) befinner sig nedströms om sitt första läge och uppströmsklaffen bildar en konvergerande vinkel med motoraxeln, och ii) nedströmsklaffens (30) fram- och bakkanter (34, 44) båda befinner sig nedströms om sina första lägen och närmare motoraxeln; samt dels ett andra manöverorgan (70) i anslutning till det nedre klafforganet (24) för förskjutning därav mellan första och andra lägen för reglering av munstyckets (16) öppningsyta, varvid styr- organet för styrning av det övre klafforganets (22) rörelse inne- fattar ett organ för att styra uppströmsklaffens (28) fram- och bakkanter (40, 32) i cirkelbâgbanor kring en gemensam stel andra axel (39) som är parallell med nedströmsklaffens (30) bakkant (44) och lokaliserad uppströms om densamma.

2. Utblåsningsmunstycksaggregat enligt patentkrav l, k ä n n e - t e c k n a t a v att styrorganet för styrning av det övre klaff- organets (22) rörelse innefattar ett organ (48) för att styra ned- strömsklaffens (30) bakkant (44) i en cirkelbåge kring en stel tredje axel (50) parallell med nedströmsklaffens bakkant och lokaliserad nedanför samt uppströms om nedströmsklaffens bakkant. 447 152

3. Utblåsningsmunstycksaggregat enligt patentkraven l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att styrorganet för styrning av det övre klafforganets (22) rörelse innefattar första och andra spår- organ (42, 38) i anslutning till nämnda sidoväggar (10, 12), var- vid uppströmsklaffens (28) framkant (40) innefattar rullar som glider i det första spårorganet (42) medan bakkanten (32) uppvisar rullar (37) som glider i det andra spårorganet (38).

4. Utblâsningsmunstycksaggregat enligt patentkrav l, k ä n n e - t e c k n a t a v att styrorganet för styrning av det övre klaff- organets (22) rörelse innefattar en styv länk som är fast förankrad vid uppströmsklaffen (28) och svängbart monterad vid nämnda led- ningsorgan (4) för rotation kring den stela andra axeln (39).

5. Utblåsningsmunstycksaggregat enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a t a v att styrorganet för styrning av det övre klaff- organets (22) rörelse innefattar en styv länk som med ena änden är fsvängbart ansluten till nedströmsklaffens (30) bakkant (44) och som med andra änden är svängbart ansluten till nämnda ledningsorgan (4) för rotation kring den stela andra axeln (39).