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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluggasturbinenschubumkehrvorrichtung mit einem Triebwerk, mit einer Triebwerksverkleidung sowie mit mehreren, am Umfangsbereich angeordneten, lageveränderbaren Umlenkelementen.
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Aus der
EP 1 852 595 A2 ist eine Schubumkehrvorrichtung bekannt, bei welcher in einem Nebenstromkanal, durch welchen Luft von einem Fan geleitet wird, Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente vorgesehen sind, welche von einer Vorwärtsschubposition, in welcher die Durchströmung des Nebenstromkanals ungehindert erfolgen kann, in eine Schubumkehrposition bewegbar sind. Hierbei ist es erforderlich, den Nebenstromkanal in der Schubumkehrposition im Wesentlichen vollständig zu schließen, um die gesamte Nebenströmung durch die Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente zu führen. Im Hinblick auf die Geometrie des Nebenstromkanals und insbesondere die Geometrie der Verkleidung des Kerntriebwerks ist bei einer im Wesentlichen axialen Verschiebung der Schubumkehrvorrichtung entweder eine Anpassung der Geometrie des Nebenstromkanals oder kein vollständiges Verschließen des Nebenstromkanals gegeben. Bei einer Anpassung der Geometrie des Nebenstromkanals, insbesondere der Verkleidung des Kerntriebwerks, ergeben sich in der Vorwärtsschubposition Nachteile. Bei einem nicht vollständigen Verschließen des Nebenstromkanals in der Schubumkehrposition kann die Schubumkehrvorrichtung nicht optimal wirken. Somit ist die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung nicht für alle Anwendungen und alle Triebwerkskonstruktionen optimal einsetzbar.
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Die
US 2009/0301056 A1 zeigt eine Konstruktion, bei welcher die Umlenkelemente oder Strömungsleitelemente geradlinig in einem Winkel zur Axialachse des Triebwerks verschoben werden. Auch hierbei ist es erforderlich, die Geometrie der Verkleidung des Kerntriebwerks so zu modifizieren, dass eine vollständige Strömungsumleitung erfolgen kann. Hierdurch ergeben sich Nachteile hinsichtlich der Leistung im Vorwärtsschubbetrieb.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fluggasturbinenschubumkehrvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einen hohen Wirkungsgrad aufweist und für unterschiedliche Geometrien von Fluggasturbinen einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass am Umfangsbereich der Triebwerksverkleidung Umlenkelemente angeordnet sind, welche in Axialrichtung des Triebwerks verschiebbar sind. An dem in Strömungsrichtung hinteren Endbereich der jeweiligen Umlenkelemente sind schwenkbare Türen angeordnet, die beim Verschieben der Umlenkelemente über einen Hebelmechanismus betätigt werden.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Hebelmechanismus ist somit am Außenumfang der Umlenkelemente angeordnet. Er stört somit nicht die Durchströmung des Nebenstromkanals und ist vor Beschädigungen geschützt. Weiterhin ergibt sich eine gute Zugangsmöglichkeit zu dem Kerntriebwerk. Der Hebelmechanismus, welcher den Antrieb für die Betätigung (Verschwenkung) der Türen bildet, ist somit bei der erfindungsgemäßen Lösung in der Verkleidung des Nebenstromkanals angeordnet. Auf diese Weise kann bei platzsparender und strömungsgünstiger Ausgestaltung eine Längsverschiebung der Umlenkelemente (Kaskadenelemente) eine Verschwenkung der Türen bewirken.
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In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schwenkachse der Tür im Wesentlichen in Umfangsrichtung an dem Umlenkelement ausgebildet ist. Dazu kann dieses bevorzugterweise Lagerböcke aufweisen, an welchem die jeweiligen Türen schwenkbar gelagert sind.
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Die Umlenkelemente sind bevorzugterweise an einem Ringelement befestigt, welches bevorzugterweise in Strömungsrichtung hinten angeordnet ist und den Türen zugewandt ist. Somit ist es möglich, sowohl die Lagerböcke der Türen an dem Ringelement zu lagern als auch ein Lager des Hebelmechanismus.
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In besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebelmechanismus einen ersten und einen zweiten Hebel umfasst. Der erste Hebel ist gehäusefest drehbar gelagert, d. h., seine Schwenkachse, welche im Wesentlichen radial zur Triebwerksachse angeordnet ist, ist bei Verschiebung der Umlenkelemente ortsfest am Gehäuse vorgesehen. Ein Ende des ersten Hebels ist somit am Gehäuse gelagert, während das zweite Ende schwenkbar mit dem zweiten Hebel verbunden ist. Das gegenüberliegende Ende des zweiten Hebels ist um eine im Wesentlichen radial angeordnete Schwenkachse verschwenkbar, welche entweder an dem Ringelement oder an dem Umlenkelement ausgebildet ist. Im Bereich des Lagers des zweiten Hebels ist dieser verlängert ausgebildet und mit einem Zwischenhebel verbunden, welcher wiederum mit einem dritten Hebel in Verbindung steht. Dieser ist schwenkbar an der Tür gelagert. Eine Axialverschiebung des Umlenkelements bzw. des Ringelements in Axialrichtung des Triebwerks führt somit zwangsläufig zu einer Relativbewegung des ersten und des zweiten Hebels. Hierdurch wird auch der dritte Hebel verschwenkt und betätigt automatisch die Türen, indem er diese verschwenkt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung in der Vorwärtsschubposition,
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3 eine vergrößerte Darstellung gemäß 2,
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4 eine perspektivische Darstellung, analog 2, in der Schubumkehrposition,
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5 eine vergrößerte Darstellung gemäß 4 in Analogie zur 3,
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6 und 7 schematische Darstellungen in einer Axialschnittansicht in der Vorwärtsschubposition bzw. der Schubumkehrposition, und
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8 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Umlenkelemente.
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Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
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Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.
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Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
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Die 2 und 4 zeigen jeweils perspektivische Darstellungen, einmal in der Vorwärtsschubposition (2) und in der Schubumkehrposition (4). Vergrößerte Darstellungen sind in den 3 und 5 gezeigt.
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Die Figuren zeigen somit ein Gasturbinentriebwerk 10 (Kerntriebwerk), dessen Nebenstromkanal 37 von einer Verkleidung 28 umgeben ist. Unterhalb der Verkleidung 28 (nicht dargestellt) sind Umlenkelemente 29 (Strömungsleitelemente), welche im Wesentlichen um den gesamten Umfang ausgebildet sind, so wie dies die 8 zeigt. Lediglich im Bereich eines nicht dargestellten Pylons, welcher zur Aufhängung des Gasturbinentriebwerks dient, sind keine derartigen Umlenkelemente vorgesehen.
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Die Umlenkelemente weisen zwischen benachbarten Umlenkelementen (Kaskadenelementen) Schlitze 38 auf. Weiterhin sind die Umlenkelemente 29 an ihrer in Strömungsrichtung gesehen hinteren Seite an einem Ringelement 31 befestigt. Das Ringelement 31 kann entweder als selbstständiges Bauteil ausgebildet sein oder durch Flansche (siehe 8) der einzelnen Umlenkelemente gebildet sein. Das Ringelement 31 erstreckt sich nicht um den gesamten Umfang, da ein Freiraum zur Lagerung des Triebwerks mittels eines Pylons erforderlich ist. In Strömungsrichtung hinter dem Ringelement ist eine Vielzahl von Türen 30 vorgesehen, welche jeweils um eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung angeordnete Schwenkachse verschwenkbar sind. In der in 2 gezeigten Position in der Vorwärtsschubposition des Triebwerks (Flugzustand) erstrecken sich die Türen 30 im Wesentlichen in Axialrichtung, während sie in der Schubumkehrposition gegen das Triebwerksgehäuse anliegen. Die 6 und 7 verdeutlichen diese Verschiebe- und Schwenkbewegung der Türen 30. Die 6 zeigt die Vorwärtsschubposition, in welcher sich die Türen 30 parallel zu der äußeren Verkleidung des Nebenstromkanals 37 erstrecken und somit im Wesentlichen in Axialrichtung ausgerichtet sind. Die 7 zeigt eine in Axialrichtung verschobene und verschwenkte Position, bei welcher die Türen gegen das Triebwerksgehäuse 21 anliegen.
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Erfindungsgemäß ist zur Verschwenkung der Türen 30 ein Hebelmechanismus vorgesehen. Dieser umfasst einen ersten Hebel 33, welcher mittels eines Lagers 39 ortsfest an der Verkleidung 28 gelagert ist. Bei einer Verschiebung der Umlenkelemente 29 ändert sich somit die Position der Lager 39 nicht.
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Am freien Ende des schwenkbar gelagerten ersten Hebels 33 ist über ein Lager 40 ein zweiter Hebel 34 gelagert. Der gegenüberliegende Endbereich des zweiten Hebels 34 ist mittels eines Lagers 32 an dem Ringelement 31 gelagert. Somit führt eine Axialbewegung des Ringelements 31 bzw. der Umlenkelemente 29 zu einer Relativbewegung der ersten und zweiten Hebel 33, 34, so wie dies in den 3 und 5 im Detail dargestellt ist. Das Lager 39 läuft dabei in dem Schlitz 38, so dass eine Bewegung der Umlenkelemente (Kaskadenelemente) nicht gestört wird.
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Am freien Ende des zweiten Hebels 34 ist ein Zwischenhebel 36 gelagert, welcher, abhängig von der speziellen Konstruktion, relativ zu dem zweiten Hebel 34 verschwenkbar sein kann. Der dritte Hebel 35 ist mit einem Zwischenhebel 36 verbunden, der wiederum schwenkbar an einem Lagerbock 41 gelagert ist, der an der Tür 30 ausgebildet ist.
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Eine Axialverschiebung der Umlenkelemente (Strömungsleitelemente) 29 führt somit sowohl zu einer Axialverschiebung als auch einer Verschwenkung der Türen 30. Der erste Hebel und der zweite Hebel 33, 34 bilden somit einen Scherenmechanismus. Dieser bewirkt eine selbsttätige Verschwenkung der Türen bei einer Axialverschiebung der Umlenkelemente. Somit liegt ein automatischer, selbsttätiger Mechanismus vor. Es ist somit nicht erforderlich, zusätzliche Antriebsmittel zum Verschwenken der Türen 30 vorzusehen. Es versteht sich, dass der ”Scherenmechanismus” der beiden Hebel 33, 34 in Zusammenwirkung mit dem dritten Hebel 35 sowie dem Zwischenhebel 36 zu betrachten ist. Das freie, über das Lager 32 überstehende Ende des zweiten Hebels 34 wirkt somit als Antriebshebel zur Bewegung des Zwischenhebels 36 und des dritten Hebels 35, um auf diese Weise die Türen 30 beim Übergang von der Vorwärtsschubposition in die Schubumkehrposition radial nach Innen zu verschwenken bzw. bei einer Rückkehr in die Vorwärtsschubposition die Türen 30 wieder radial nach außen zurückzuschwenken, um die Durchströmung des Nebenstromkanals 37 freizugeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwerksachse
- 10
- Gasturbinen-Triebwerk/Kerntriebwerk
- 11
- Lufteinlass
- 12
- im Gehäuse umlaufender Fan
- 13
- Zwischendruckkompressor
- 14
- Hochdruckkompressor
- 15
- Brennkammern
- 16
- Hochdruckturbine
- 17
- Zwischendruckturbine
- 18
- Niederdruckturbine
- 19
- Abgasdüse
- 20
- Leitschaufeln
- 21
- Triebwerksgehäuse
- 22
- Kompressorlaufschaufeln
- 23
- Leitschaufeln
- 24
- Turbinenschaufeln
- 26
- Kompressortrommel oder -scheibe
- 27
- Turbinenrotornabe
- 28
- Verkleidung (nacelle)
- 29
- Umlenkelement/Strömungsleitelement
- 30
- Tür
- 31
- Ringelement
- 32
- Lager
- 33
- Erster Hebel
- 34
- Zweiter Hebel
- 35
- Dritter Hebel
- 36
- Zwischenhebel
- 37
- Nebenstromkanal
- 38
- Schlitz
- 39
- Lager
- 40
- Lager
- 41
- Lagerbock
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1852595 A2 [0002]
- US 2009/0301056 A1 [0003]
