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Luftabblaseeinrichtung an Axialverdichtern von Gasturbinen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Abblasen von Luft zwischen den Leitschaufeln eines
Verdichterleitkranzes an Gasturbinen.
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Es ist bereits bekannt, an Strahltriebwerken von Flugzeugen Abblaseeinrichtungen
anzubringen, um das Hochfahren der Triebwerke zu erleichtern. Durch derartige Regeleinrichtungen
wird die Durchflußmenge in den betreffenden Stufen des Verdichters dem der jeweiligen
Drehzahl entsprechenden Verdichtungsverhältnis angepaßt. Bei Drehzahlverringerung
wird bekanntlich die Förderhöhe vermindert und entsprechend das spezifische Volumen
des geförderten Mittels vergrößert, so daß die Durchtrittsquerschnitte der letzten
Stufe zu klein werden. Durch die Abströmöffnung läßt sich jedoch erreichen, daß
die nachfolgenden Stufen nicht infolge von eintretenden Beschleunigungen des geförderten
Mittels als Turbine wirken, sondern ebenso wie die vorstehenden Stufen ihre Verdichtereigenschaft
beibehalten. Diese Abblaseeinrichtungen bestehen in Luftaustrittsöffnungen, die
entweder durch Einzelklappen oder auch ein elastisches Band bzw. durch einen Ring
verschließbar sind.
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Die mit Klappen versehenen Abblasevorrichtungen sind baulich derart
ausgeführt, daß am Verdichtergehäuse sogenannte Luftführungskästen angebracht sind,
deren Querschnitt sich nach der Abblaseklappe. zu der Breite und der Höhe nach zur
Erzielung einer gleichmäßigen Strömung diffusorartig erweitert. Die Abblaseklappen
können runde oder eckige Form haben und befinden sich in einem entsprechend geformten
Gehäuse, in welchem die Klappe mittels zweier horizontal und an der Klappe außermittig,
angeordneter Zapfen gelagert ist. Die Klappe wird hydraulisch betätigt und ist in
ihrer Schließstellung unter einem vorgegebenen Winkel gegenüber der durch den Flansch
gegebenen Tangentialebene in der Weise geneigt, daß die unter dem jeweiligen Verdichterüberdruck
stehende Luft auf dem größeren Teil der Klappe lastet und die Klappe somit in der
Schließstellung hält. Das Öffnen oder Schließen der Klappen geschieht entsprechend
ihrer Anordnung und ihrer Anzahl durch vom Kommandogerät ausgehende Impulse entweder
gleichzeitig oder getrennt, wobei das Schließen durch eine innerhalb der Verstellvorrichtung
angeordnete Druckfeder unterstützt wird.
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Die mit Klappen arbeitenden Vorrichtungen zum Abführen der Abblaseluft
bestehen im wesentlichen darin, daß die für das Abführen der Luft erforderlichen
Öffnungen aus dem Verdichterkanal innerhalb der Leitschaufelteilung derjenigen Verdichterstufe
ausgearbeitet werden müssen, in der die Abblaseeinrichtung eingebaut ist. Durch
diese Öffnungen erfährt die kontinuierliche Strömung der Luft innerhalb des betreffenden
Schaufelgitters eine unerwünschte nachteilige Unterbrechung, insbesondere dann,
wenn derartige Abblaseklappen nicht nur in. einer einzigen Stufe vorgesehen sind.
Weiterhin erfordern die Klappen, insbesondere bei Anordnung in größerer Anzahl,
umfangreiche Rohrleitungen, die nicht nur den technischen. Aufwand erhöhen, sondern
auch den harmonischen geschlossenen Aufbau des Triebwerkes ungünstig beeinflussen.
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Die mit einem elastischen Band versehenen Abblaseeinrichtungen arbeiten
in der Weise; daß- das das Verdichtergehäuse am Umfang umschließende Stahlband entweder
verschiebbar oder von. seinem Sitz radial abhebbar angeordnet ist. Die mit einem
verschiebbaren elastischen Band ausgestatteten Abblaseeinrichtungen sind baulich
derart ausgeführt, daß das Band mit den Luftaustrittsöffnungen am Umfang des Verdichtergehäuses
entsprechenden Durchbrüchen versehen ist, die beim Abblasen mit einem mehr oder
weniger großen Teil ihres Querschnittes mit den tangential zum Radius angeordneten
Luftaustrittsöffnungen zur Deckung gebracht werden. Das Band besteht teils aus einem,
teils aus zwei oder mehr Stücken. Bei den Abblasevorrichtungen, bei denen die Luftaustrittsöffnungen
an entsprechenden, am Umfang des Verdichtergehäuses vorgesehenen Aufbauten seitlich
angebracht sind, aus denen die Luft also axial ausströmt, wird an Stelle des Bandes
ein starrer Ring verwendet, der in einer Radialebene verschiebbar angeordnet ist.
Das von seinem Sitz radial abhebbare Band unterscheidet sich von dem verschiebbaren-
Band dadurch, daß es
keine Durchbrüche aufweist. Die Bänder oder
Ringe werden vorwiegend unter Verwendung von in Zylindern geführten Kolben pneumatisch
oder hydraulisch betätigt, wobei in letzterem Fall als Druckmedium Steueröl oder
der Kraftstoff verwendet wird.
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Die unter Verwendung eines Ringes oder eines Bandes arbeitenden Vorrichtungen
zum Abführen der Abblaseluft unterscheiden sich gegenüber den mit Klappen arbeitenden
Vorrichtungen dadurch, daß die Luft durch einen unmittelbar hinter dem für die Abblasung
vorgesehenen Leitkranz =angeordneten Ringspalt abgeführt wird. Das Abführen der
Luft findet bei dieser Ausführung nicht innerhalb des Leitkranzgitters statt.
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Die ringförmigen, am Umfang des Verdichters angeordneten öffnungen
zum Abführen der Abblaseluft werden im wesentlichen durch zwei Ringflansche gebildet,
die je nach Form und Länge dieser Durchbrechungen und der abzuführenden Luftmenge
entsprechend weit auseinanderstehen. Die beiden Ringflansche sind durch eine vorgegebene
Anzahl von in beliebiger Weise an den Ringen in regelmäßigen Abständen befestigten
Stegen starr miteinander verbunden. Der auf diese Weise entstandene Ring - der natürlich
auch einen aus dem Ganzen bestehenden Bauteil bilden kann - ist stirnseitig außen
mit den beiden Teilen des Verdichtergehäuses vorzugsweise durch Schweißen verbunden.
Das Verdichtergehäuse und der entsprechend geformte Abblasering sind in an sich
bekannter Weise horizontal durch eine Fuge getrennt und mittels Längsflansche vorzugsweise
durch Schrauben lösbar miteinander verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Axialverdichtern von
Gasturbinen für Flugzeug-Strahltriebwerke mit Einrichtung zum Abblasen von Verdichterluft
zwischen den Leitschaufeln eines Verdichterleitkranzes, dessen Abblaseöffnungen
durch ein radial bewegbares, von mit Druckmittel beaufschlagten Kolben betätigtes
Band verschließbar sind, diese Einrichtung baulich derart auszubilden, daß es möglich
ist, an Zweiwellentriebwerken insbesondere mit dem Hochdruckverdichter für bestimmte
Betriebszustände zusätzlich benötigte Luft anzusaugen. Dies wird nach der Erfindung
durch an den Enden des Bandes und an seinem Umfang angeordnete, drehbar gelagerte
Bolzen erreicht, die mit ihren die Bandbreite überragenden Enden auf gehäusefesten,
beiderseits des unter Vorspannung stehenden Bandes vorgesehenen schrägen Ebenen
in der Weise bewegbar sind, daß das Band über ein mit einem Arbeitskolben getrieblich
verbundenes, mit den zwangläufig geführten Bolzen an den Bandenden im Eingriff befindliches
Steuerglied beim Aufwärtsgleiten auf den schrägen Ebenen von seiner Auflage abhebbar
ist.
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Das mit dem druck-mittelbetätigten Arbeitskolben verbundene Steuerglied
zur Betätigung des Bandes ist nach der Erfindung vorzugsweise Z-förmig ausgebildet,
an dessen Schenkeln sich die an den Enden des Bandes befindlichen Bolzen von innen
abstützen. Die schrägen Ebenen bilden erfindungsgemäß den Rücken von Zähnen und
sind am Umfang ringförmiger, an den Leitschaufeln bzw. am Leitkranz vorzugsweise
angeschweißter Scheiben angeordnet.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt des Verstellleitapparates mit
der Einrichtung zum Abblasen der Verdichterluft in perspektivischer Darstellung.
Die Einrichtung besteht aus einem Band 1, an dessen Enden 2, 3 und an dessen
Umfang in regelmäßiger Anordnung in ihrer Länge die Bandbreite überragende, in den
Lagern 4 drehbare Bolzen 5, 5' bzw. 6 angeordnet sind. Die an den Bandenden 2, 3
gelagerten Bolzen 5, 5' sind so lang, daß an ihren Enden ein als Zugglied wirkendes
Steuerglied 16 angreifen kann. Beiderseits des Leitkranzes, dessen Schaufeln 7 am
inneren Tragring 8 befestigt sind, befinden sich an den Ein- und Austrittskanten
angeschweißte Scheiben 9, 10 mit an ihrem Umfang angeordneten schrägen Ebenen, die
den Rücken von Zähnen 11 bilden, deren Anzahl der Anzahl der auf dem Band drehbar
gelagerten Bolzen 5, 5' und 6 entspricht. Die Scheiben 9, 10 bilden gleichzeitig
den äußeren Tragring. Der Bolzen 5' am Bandende 3 ist gegen willkürliches Abheben
von seiner schrägen Ebene am Zahn 11 an beiden Scheiben 9, 10 durch eine
mit seiner Innenfläche parallel zur schrägen Ebene am Zahn 11 verlaufenden Führung
12 gesichert. Bei Zugbetätigung des Bandes 1 am Bandende 3 gleiten die Enden der
am Band drehbar gelagerten Bolzen 5, 5', 6 auf den schrägen Ebenen an den Zähnen
11 aufwärts und heben somit das Band 1 von seinem Sitz auf den Stirnflächen 13 der
Schaufeln 7 ab. Die Verdichterluft hat somit die Möglichkeit, in Richtung der Pfeile
14 aus allen durch das Abheben des Bandes entstandenen öffnungen seitlich zu entweichen.
An den Schenkeln 17, 18 bzw. 19, 20 des die Zugbetätigung des Bandes 1 bewirkenden,
mit dem druckmittelbeaufschlagten Arbeitskolben 15 verbundenen zweiteiligen Steuergliedes
16 stützen sich die Bolzen 5, 5' mit ihren Enden an den Bandenden 2 und 3 von innen
ab. Der Arbeitskolben 15 ist im Zylinder 21 untergebracht, der in einer in der Zeichnung
nicht dargestellten Weise an dem ebenfalls nicht dargestellten Verdichtergehäuse
befestigt ist. Beim Betätigen der Abblaseeinrichtung bewegen also die Schenkel
19, 20
des Steuergliedes 16 das mit dem Bolzen 5' in den von
den schrägen Ebenen 11 und den Anschlägen 12
jeder Scheibe 9, 10 gebildeten
Schlitzen geführte Bandende 3 bei entsprechender Beaufschlagung des Arbeitskolbens
15. Hierdurch kommt das Band zur Auflage auf den Leitschaufeln 7 und verschließt
somit die Abblaseöffnungen, wobei auch der Bolzen 5 und alle Bolzen 6 auf den schrägen
Ebenen 11 ebenfalls abwärts gleiten. Der nicht vom Band 1 überdeckte Teil zwischen
den Bandenden 2, 3 ist durch ein nicht dargestelltes fest angeordnetes Blech abgedeckt.
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Die beschriebene Einrichtung erfüllt die Forderungen nach Einfachheit,
Betriebssicherheit und geringstem Raumbedarf insofern, als zum Abheben des Bandes
die besondere Ausführung des äußeren Tragringes in Verbindung mit nur einem Antriebsglied
einen geringen technischen Aufwand bildet, um zu erreichen, daß das Band bei jedem
Abstand von seiner Auflage großen Abblase- und Ansaugdrücken ohne Lageänderungen
standhält, was bei den bisher bekannten Einrichtungen, insbesondere bei solchen,
bei denen das Band mittels druckmittelbeaufschlagter Arbeitskolben radial abgehoben
wird, nicht der Fall ist, weil das Band am Umfang nicht abgestützt werden kann.