DE2724251A1

DE2724251A1 - Abzweigventil fuer koaxiale ringfoermige stroeme

Info

Publication number: DE2724251A1
Application number: DE19772724251
Authority: DE
Inventors: Thomas Lee Hampton
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-28
Publication date: 1977-12-15
Also published as: FR2353776B1; IT1084049B; US4060981A; JPS52154913A; GB1566831A; JPS616265B2; FR2353776A1

Description

Dr. rer. not. Horst Schüler PATENTANWALT

2774751

6000 Frankfurt/Main 1, 27- Mal 1977

Kaiserstrasse 41

Telefon (0611) 235555

Telex: 04-16759 mapal d Postscheck-Konto ι 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389

Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

*> 277-13DV-64 67

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Abzweigventil für koaxiale ringförmige Ströme

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Dr. rer. not. Horst Schüler PATENTANWALT

272A251

6000 Frankfurt/Main \ 27. Mai 1977

Kaiserstraue 41

Telefon (0611) 235555

Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389

Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

4277-13DV-6467

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft Ventile für fliessfähige Mittel und insbesondere Ventile zum Steuern der Strömungsverhältnisse in allgemein koaxial zu einander verlaufenden Ringkanälen.

Neuere Untersuchungen an Gasturbinentriebwerken mit variablem Zyklus deuten daraufhin, dass für die Strömungsmodulation Ventile verschiedenster Art zur Umlenkung oder Umschaltung der Strömung benötigt werden. Ein Triebwerk mit variablem Zyklus ist ein Triebwerk, dessen Leistungsfähigkeit bei mehr als einem Betriebszustand dadurch optimal gestaltet wird, dass bestimmte Triebwerksbauteile eine veränderliche Geometrie besitzen. Bei Triebwerken des Gebläseoder Mantelstromtyps mit variablem Zyklus, bei denen ein verdichteter Mantelstrom einen Kerntriebwerksstrom umgibt, ist vorauszusehen, dass die Erfordernisse der Zukunft eine Umkehrung oder Umlenkung der Ströme irgendwo entlang ihrer jeweiligen Strömungskanäle zur Optimierung der Leistungsfähigkeit erforderlich machen werden. Hierzu wird ein Ventil benötigt, das mindestens die Strömungsrichtun gen zwischen den konzentrischen ringförmigen Strömen umlenkt oder umkehrt. Vorzugsweise sollten die Ventile geeignet sein zur Modulation der Durchflussmengen durch die Kanäle und nötigenfalls zum Absperren des Stroms in einem

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oder mehreren Kanälen. Weiterhin erfordert die Anpassung an ein Gasturbinentriebwerk, dass ein solches Ventil einen Aufbau mit geringem Gewicht und eine gute Leistungsfähigkeit besitzt.

Einfach ausgedrückt, besteht das Problem in der Schaffung eines Ventils, welches die voneinander unabhängigen getrennten Ströme aus zwei konzentrischen stromaufwärts gelegenen Ringkanälen aufnimmt und die beiden unabhängigen und immer noch getrennten Ströme in zwei stromabwärts gelegene konzentrische Ringkanäle leitet, wobei wahlweise die Strömungsverhältnisse auf Wunsch umgekehrt werden können. In der Grundkonzeption ist eine solche Lösung nicht nur anwendbar auf fortgeschrittene Gasturbinentriebwerke, sondern auch auf andere Anwendungsfälle mit Kanalströmen, beispielsweise bei Geräten für Heizung und für Klimaanlagen.

Bisherige Versuche zur Lösung ähnlicher Probleme waren nicht erfolgreich und unpraktisch in Folge ihrer Kompliziertheit oder ihrer geringen Wirksamkeit. Es wurde erkannt, dass durch die Umlenkung eines Stroms Druckverluste in der Strömung erzeugt werden und dies führt wiederum zu einem geringen Wirkungsgrad. Daher sollte jedes Ventilsystem eine Umlenkung der Strömung auf ein Minimum reduzieren. Eine Lösung für dieses Problem wird in der U.S.Patentschrift No. 3.792.584 beschrieben, wobei eine Strömungsumschaltung durch eine relative Drehung von 2 trichterförmigen konzentrischen ringförmigen Kanalabschnitten erzeugt wird, so dass die Ströme stets gerade durch die Grenzflächen fliessen. Obwohl ein solches System hinsichtlich des Wirkungsgrades theoretisch optimal ist, kann es bei einem Gasturbinentriebwerk nur unter Schwierigkeiten ausgeführt werden, da es eine Drehung grosser Kanalabschnit-

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te mit einem möglichen Druchmesser bis zu 2,4 m erfordert. Ein Betätigungssystem zur Drehung eines solchen grossen Kanalabschnittes, welches auch noch den hohen Belastungen bei Flugmanövern widerstehen kann, ist sehr schwer. Alternativ wurde in der vorgenannten U.S.-Patentschrift vorgeschlagen, dass Klappenventile zwischen beabstandeten Abschnitten der Ringkanäle verwendet werden könnten. Diese Ventile sind jedoch nur völlig wirksam in einer einzigen Stellung, in welcher der Strömungsverlauf zwischen den Ventilabschnitten geradlinig ist, wobei dann in jeder anderen Stellung die erforderliche Stromumlenkung gross und damit der Wirkungsgrad gering wäre und diese Lösungsweg daher unpraktisch sei. Es besteht daher die Notwendigkeit zur Schaffung von praktischen Ventilen mit leichtem Gewicht, welche eine vollständige Strömungsmodulation und Richtungsumkehrung in ringförmigen Kanälen gestatten.

Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher

die Schaffung eines praktischen Ventils zur Umkehrung

der Strömung in konzentrischen ringförmigen Kanälen mit gutem Wirkungsgrad.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Ventil zu schaffen, welches selektiv den Strom von einem der beiden stromaufwärts gelegenen konzentrischen Ringkanäle in jeden der beiden stromabwärts gelegenen konzentrischen Ringkanäle leitet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Ventil zu schaffen, welches selektiv den Strom in einem der beiden stromaufwärts gelegenen konzentrischen Ringkanäle sperrt und gleichzeitig den Strom von dem anderen stromaufwärts gelegenen Kanal in einen der beiden stromabwärts

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gelegenen konzentrischen Ringkanäle leitet.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Ventil zu schaffen, mit dem der gesamte Strom in einem der konzentrischen Ringkanäle selektiv abgesperrt werden kann.

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Zusammengefasst werden die vorgenannten Aufgaben erreicht durch Verwendung eines Paars von konventionellen Mischern des "Gänseblümchen"-Typs (daisy) gemäss der Beschreibung der U.S.-Patentschrift No. 3.377.8o4, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Diese Mischer werden Rücken an Rücken zusammen mit in Längsrichtung beabstandeten koaxialen Kanalabschnitten angeordnet. Jeder Mischer überführt die beiden konzentrischen Ringkanäle jedes der Kanalabschnitte in umkreisförmig beabstandete trichterförmige Kanäle mit gleicher Ringhöhe, wobei abwechselnde Kanäle in Strömungsmittelverbindung mit den inneren und äusseren Kanälen stehen. Die Mischer besitzen eine gleiche Anzahl von Kanälen n; sie sind jedoch am Umkreis gegeneinander fest versetzt um einen Betrag von nicht mehr als

•j—— (das heisst, eine halbe Kanalbreite). Eine Stufe von radial verlaufenden Leitschaufeln mit einer Anzahl von mindestens 2n-Schaufeln ist zwischen die beiden ge trennten gegeneinander weisenden Sätzen von Kanälen eingefügt, wobei die Schaufeln um ihre Längsachsen schwenkbar sind (das heisst die radialen Achsen).

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χ -

In der konventionellen Betriebsart ohne Umschaltung wird der aus den stromaufwärts gelegenen Mischerkanälen abgegebene Strom in entsprechende Kanäle des stromabwärts gelegenen umgekehrten Mischers durch die Leitschaufeln gerichtet, wobei die Schaufeln so orientiert sind, dass sie den Strom am Umfang nur um eine halbe Kanalbreite ablenken. Da doppelt so viel Leitschaufeln wie Kanäle vorhanden sind, ist in der Mitte jedes Paars von "aktiven" Schaufeln, welche die Strömungswege zwischen den Kanälen bilden, eine sogenannte "Leerlauf-Schaufel vorhanden. Wenn die Leitschaufeln so betätigt werden, dass sich die Kanten der Schaufeln am Umfang um eine Strecke von nur einer halben Kanalbreite drehen, dann wird die Rolle der aktiven Schaufeln und der Leerlaufschaufeln vertauscht und der Strom in den stromabwärts gelegenen umgekehrt angeordneten Mischer wird durch die Leitschaufeln in diejenigen Schächte oder Kanäle geleitet, welche unmittelbar benachbart zu den in der konventionellen Betriebsart verwendeten Kanälen liegen, so dass auf diese Weise die Strömung zwischen den inneren und äusseren Kanälen wechselt. In Gasturbinentriebwerken ist diese alternative Betriebsart besonders nützlich bei einem Triebwerk mit variablem Zyklus. Für diese Turbogebläsetriebwerke, in denen das Beipassverhältnis grosser als 1 ist, gestattet es diese Betriebsart auch noch, das grössere Strömungsvolumen vom äusseren Ring am Einlass in das Kerntriebwerk zu leiten und dadurch mehr verfügbare Energie in das Kerntriebwerk zu leiten in dem Falle eines "Windmühlenstarts" während des Fluges.

Durch selektives Drehen jeder vierten Leitschaufel über eine halbe Kanalbreite in einer Richtung entgegengesetzt zu den übrigen Leitschaufeln kann die Strömung in einem

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der stromaufwärts gelegenen Kanäle abgesperrt werden und die Strömung von dem übrigen stromaufwärts gelegenen Kanal durch die jeweiligen Mischerkanäle wahlweise in einen der beiden stromaufwärts gelegenen koaxialen Ringkanäle geleitet werden. Daher sind je nach Wahl der betätigten Leitschaufeln in jedem Sektor mindestens 4 verschiedene Strömungsarten möglich. Die selektive Betätigung der Leitschaufeln wird über ein System von Stellarmen und Leerlaufarmen erreicht.

In einer anderen Ausführungsform ist es möglich, jede zweite Leitschaufel entgegengesetzt zu ihrer benachbarten Leitschaufel über eine Strecke entsprechend einer halben Kanalbreite zu drehen und dann wird die gesamte Strömung in beiden konzentrischen Ringkanälen abgesperrt.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Die Figur 1 zeigt schematisch in einer weggeschnittenen Ansicht ein Gasturbinentriebwerk, das eine Ausführungsform der Erfindung enthält.

Die Figur 2 ist eine vergrösserte vereinfachte Ansicht

des neuartigen Strömungsventils des Triebwerks nach Figur

Die Figur 3 zeigt eine ausführliche isometrische Ansicht eines repräsentativen Mischers in dem Ventil der Figur 2.

Die Figur 4 ist eine vereinfachte Abwicklung entlang der Linie 4-4 der Figur 2 und zeigt den Strömungsmittelstrom durch die Kanäle des Triebwerks nach Figur 1, wenn sich

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das Ventil in einer Betriebsstellung befindet (das heisst konventionelle Betriebsart ohne Strömungsaustausch).

Die Figur 5 ist eine schematische Ansicht ähnlich Figur und zeigt das Ventil in einer zweiten Betriebsstellung (das heisst, Betriebsart mit vertauschter Strömung).

Die Figur 6 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der sich das Ventil in einem anderen Betriebszustand befindet.

In den Abbildungen sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Figur 1 zeigt schematisch ein Turbogebläsetriebwerk 1o, welches eine Ausführungsform der Erfindung enthält. Dieses Triebwerk besteht allgemein aus einem Kerntriebwerk 12, einem Gebläse 14 und eine Gebläseturbine 16, welche über eine Welle 18 mit dem Gebläse 14 verbunden ist. Das Kerntriebwerk 12 enthält einen Axialstromverdichter 2o, mit einem Rotor 22. Die Luft tritt in den Einlass 24 ein, wird zunächst durch das Gebläse 14 verdichtet und dann durch den Strömungsaufteiler 25 in zwei Teile aufgeteilt, welche in das Ventil 32 eintreten, das noch nachstehend im einzelnen beschrieben wird. In der normalen Betriebsart des Ventils durchläuft der erste Teil dieser verdichteten Luft das Ventil 32 und tritt in den äusseren Beipasskanal 34 ein, wie dies durch die Pfeile gezeigt ist. Der Beipasskanal wird teilweise durch die Ringwand 28 des Kerntriebwerks und eine umschliessende Ringwand 3o begrenzt und die Luft wird durch eine äussere Düse 36 abgegeben. Der zweite Teil der verdichteten Luft strömt durch das Ventil 32 und in den Einlass 38 des Kerntriebwerkes, wird durch den Axialstromverdichter 2o weiter verdichtet und strömt

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se -

in einen Verbrennungsraum 4o, wo Brennstoff verbrannt wird zur Erzeugung von Verbrennungsgasen mit hoher Energie zum Antrieb einer Turbine 42. Die Turbine 42 treibt den Rotor 22 über eine Welle 44, wie dies in einem Gasturbinentriebwerk üblich ist. Die heissen Verbrennungsgase laufen dann durch die Gebläseturbine 16 zum Antrieb derselben, welche wiederum zum Antrieb des Gebläses 14 dient. Man erhält daher durch den Luftausstoss des Gebläses 14 aus dem äusseren Beipasskanal 34 durch die Düse 36 und durch den Ausstoss von Verbrennungsgasen aus der inneren konzentrischen ringförmigen Triebwerksdüse 46 eine Antriebsschub, wobei die Düse 46 teilweise durch einen Kegel 48 begrenzt wird. Die vorstehende Beschreibung soll lediglich ein anschauliches Beispiel für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geben, und keine Begrenzung beinhalten. Wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich, ist die vorliegende Erfindung geeignet zur Anwendung auf jedes Gerät, welches konzentrische ringförmige Strömungskanäle enthält.

Die Figur 2 zeigt den Ventilteil 32 des Triebwerks 1o in einer vergrösserten vereinfachten Form. Die äussere Ringwand 3o definiert zusammen mit dem Strömungsaufteiler 25 und der Ringwand 28 den konzentrischen ringförmigen stromaufwärts gelegenen äusseren Kanalabschnitt 26 und den stromabwärts gelegenen äusseren Kanalabschnitt 34. In ähnlicher Weise definiert die ringförmige Tragwand 54 zusammen mit dem Strömungsaufteiler 25 und der Ringwand 28 die konzentrischen ringförmigen stromaufwärts und stromabwärts gelegenen inneren Kanalabschnitte 56 bzw. 58.

Das Ventil 32 enthält zum Teil ein Paar von Rücken an Rükken angeordneten Mischern 64 und 66 des bekannten "Gänse-

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blümchen"-Typs, wie er ausführlicher in der vorgenannten U.S.-Patentschrift No. 3.377.8o4 beschrieben wird. Die Figur 3 zeigt in vereinfachter, isometrischer Ansicht die stromaufwärts gelegenen konzentrischen Ringkanäle 26, 56 und den zugeordneten Mischer 64. Der Mischer umfasst eine Vielzahl von allgemein in Längsrichtung verlaufenden verjüngten Platten 68, wobei sich die stromabwärts gelegenen Enden dieser Platten über den gesamten Ring zwischen den Wänden 3o und 54 erstrecken und teilweise getrennte Strömungskanäle 7o, 72 definieren. Das stromaufwärts gelegene Ende jeder Platte 68 ist an dem Strömungsaufteiler 25 befestigt. Eine Vielzahl von Rampen 74 zwischen jedem zweiten Paar von Platten 68 erstreckt sich vom Strömungsaufteiler 25 zur Innenwand 54 und vervollständigt die Begrenzung der Kanäle 7o. Ähnliche Rampen 76 verlaufen vom Strömungsaufteiler 25 nach aussen zur äusseren Wand 3o und vervollständigen die dazwischen liegenden Kanäle 72. Daher überführt der Mischer 64 die konzentrischen Ringkanäle 26, 56 in eine einzige Ringhöhe von umkreisförmig beabstandeten getrennten Kanälen, wobei diese Kanäle abwechselnd in Strömungsmittelverbindung mit dem inneren und dem äusseren Ringkanal stehen.

Der Mischer 66 ist im wesentlichen identisch zu dem Mischer 64, mit der Ausnahme, dass er in die entgegengesetzte Richtung weist und seine Kanäle oder Schächte abwechselnd mit den koaxialen stromabwärts gelegenen Ringkanälen 34 und 58 verbunden sind, welche zum Teil durch die zwischengefügte Ringwand 28 begrenzt werden. Beide Mischer besitzen die gleiche Anzahl von Kanälen oder Schächten 7o, 72, beispielsweise eine Anzahl η-Kanälen. Die Schächte oder Kanäle des stromabwärts gelegenen Mischers 66 sind jedoch umkreisförmig unter einem festen Abstand gegenüber

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den Schächten des stromaufwärts gelegenen Mischers 64 angeordnet. Diese Versetzung beträgt . Dies entspricht einer halben Kanalbreite und die Gründe hierfür werden noch nachstehend erläutert.

Eine Stufe von radial verlaufenden Leitschaufeln 78 ist zwischen die beiden getrennten einandergegenüber stehenden Sätze von Mischerkanälen (Figuren 2 und 3) eingefügt, wobei sich diese Schaufeln über den gesamten Ringraum zwischen den Wänden 3o und 54 erstrecken und um ihre jeweiligen Längsachsen 8o schwenkbar sind. Diese Längsachsen verlaufen in radialer Richtung. Vorzugsweise sind doppelt soviele Leitschaufeln wie Mischerschächte oder Kanäle vorgesehen und die Drehung der Leitschaufeln erfolgt über eine nachstehend beschriebene Betätigungsvorrichtung.

Die Figur 4 zeigt eine Abwicklung entlang der Linie 4-4 der Figur 2 in der Draufsicht auf das vorstehend beschriebene Ventilsystem und zeigt die stromaufwärts gelegenen getrennten Schächte 7o, 72 des stromaufwärts gelegenen Mischers 64 auf der linken Seite und die stromaufwärts gelegenen Schächte 7o, 72 des stromabwärts gelegenen Mischers 66 auf der rechten Seite mit den dazwischen eingefügten Leitschaufeln 78. Es ist zu beachten, dass die Stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Schächte um eine halbe Kanal- oder Schachtbreite gegeneinander versetzt sind. In der konventionellen Betriebsart werden die inneren und äusseren Ströme nicht vertauscht und der aus den stromaufwärts gelegenen Kanälen 7o, 72 ausgegebene Strom wird durch die Leitschaufeln 78 in die stromabwärts gelegene Kanäle 7o, 72 gerichtet, wobei die Ströme um nicht mehr als 26o°/2n umgeleitet werden (das heisst eine halbe

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u -

Kanalbreite). Es ist zu beachten, dass die Strömungswege zur Verbindung zusammengehöriger Kanäle durch jede zweite Leitschaufel 78 begrenzt werden und dass eine "Leerlauf"-Leitschaufel 78b in der Mitte jedes Strömungsweges vorhanden ist, welche allgemein in Ausrichtung mit dem Strömungsverlauf ist.

Wenn die Leitschaufeln gemeinsam betätigt werden, so dass die Leitschaufelkanten sich am Umfang um mindestens eine halbe Kanalbreite drehen, dann wird der Strom in den stromabwärts gelegenen Mischer 66 von den Leitschaufeln in diejenigen Kanäle geleitet, welche umkreisförmig benachbart zu den Kanälen liegen, welche in der konventionellen Betriebsart verwendet werden. Mit anderen Worten, werden die stromaufwärts gelegenen Kanäle 7o in Strömungsmittelverbindung mit den stromabwärts gelegenen Kanälen 72 gebracht und die stromaufwärts gelegenen Kanäle 72 werden in Strömungsmittelverbindung mit den stromabwärts gelegenen Kanälen 7o gebracht. Dieser Aufbau ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Daher werden die Ströme vertauscht, da der äussere stromaufwärts gelegene Gasstrom in den inneren stromabwärts gelegenen Kanal geleitet wird und umgekehrt. Bei einer solchen Betriebsart vertauschen die aktiven Schaufeln und die Leerlaufschaufeln ihre Rolle und auch hier wird die Strömung um nicht mehr als eine halbe Kanalbreite abgelenkt.

In den Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5 sind alle Leitschaufeln miteinander verbunden zur gemeinsamen Ver teilung. Dies kann durch eine Betätigungseinrichtung oder Stelleinrichtung 82 mit einem an jeder Leitschaufel befestigten Stellarm 84 geschehen, wobei alle Stellarme gemeinsam mit einem ersten Stellring oder Verbindungsring

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verbunden sind. Durch Verstellung des Verbindungsrings mit irgendeiner bekannten Stelleinrichtung 88, beispielsweise einer hydraulischen Stelleinrichtung, erhält man eine gleichzeitige gleiche Drehung jeder Leitschaufel.

Der Grad der Flexibilität des Ventils kann noch vergrössert werden mit einer lediglich geringfügigen Vergrösserung der Kompliziertheit. Einige potentielle Anwendungsfälle erfordern nicht nur, dass einer der Kanalströme vertauscht oder gerade durchgeleitet wird, sondern auch ein vollständiges Absperren des Stroms durch den anderen Kanal. Die Figur 6 zeigt ein Verfahren zur Erzielung dieser Möglichkeit durch eine geringfügige Abwandlung des Ventils nach den Figuren 4 und 5. In diesen Ausführungsformen ist jede vierte Leitschaufel 78c mit ihrem zugeordneten Stellarm von dem ersten Stellring 86 getrennt. Diese getrennten Leitschaufeln und Stellarme werden stattdessen mit einem unabhängig betätigten zweiten Stellring 9o verbunden, welcher durch ein Stellglied 92 bekannter Bauart betätigt wird. Zur Klarstellung sind die Leitschaufeln aufeinanderfolgend mit 78c 78d, 78e und 78f bezeichnet, wobei die Leitschaufeln 78c mit dem Stellring 9o und die übrigen Leitschaufeln mit dem Stellring 86 verbunden sind. Durch unabhängige Betätigung des Stellrings 9o zur Drehung der Leitschaufeln 78c entgegengesetzt zu den übrigen Leitschaufeln ist es möglich den Gasstrom des äusseren Kanals an der Ebene 98 zu sperren, welche am stromaufwärts gelegenen Ende des stromabwärts gelegenen Mischers 66 gebildet ist, wo die Austrittskanten benachbarter Leitschaufeln 78c und 78d zusammen treffen zur Absperrung abwechselnder umkreisförmig beabstandeter Schächte 7o. Der innere Kanalstrom durch die Schächte oder Kanäle 72 wird durch diese Sperrung des äusseren Stroms nicht be-

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einflusst und wird auch hier durch die Leitschaufeln nur um eine halbe Kanalbreite abgelenkt. In ähnlicher Weise gestatten die Abtrennung und gemeinsame Betätigung anderer Leitschaufelkombinationen eine vollständige Flexibilität des Ventils. Der innere und der äussere stromaufwärts gelegene Strom kann entweder auf den inneren oder äusseren stromabwärts gelegenen Kanal geleitet werden oder beide können vollständig gesperrt werden. In der folgenden Tabelle sind die möglichen Kombinationen der Anordnung nach Figur 6 aufgeführt:

Beziehung der Kanäle stromaufwärts zu stromabwärts

Le itschaufelorientierung

innen nach innen aussen nach aussen

innen nach aussen aussen nach innen

innen nach innen aussen abgesperrt

innen abgesperrt aussen nach aussen

innen nach aussen aussen abgesperrt

innen abgesperrt aussen nach innen

innen abgesperrt aussen abgesperrt

alle Leitschaufeln

78c	78e,	78f	V
78d,	78d,	78f
78e 78c,	78e,	78f	\
78c, 78d	78d,	78e	\
78c,			V
78f	78e
78c,	78f
78d,

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Ur -

Um den Gasdurchtritt an den Ebenen 96, 98 (siehe Figur 2) zwischen den Leitschaufeln 78 und den Mischern 64 bzw. 66 auf ein Minimum zu bringen ist es empfehlenswert, dass die Kanten der Schaufeln entlang der Projektionslinien vom Schnittpunkijder gemeinsamen Mittellinie der konzentrischen Ringkanäle (nicht gezeigt) und der Drehachse 8o der Schaufeln liegen. Die Kanten der Mischer sind parallel zu den Leitschaufelkanten. Vorzugsweise sind die Oberflächen des äusseren (3o) und des inneren (54) Strömungswege zwischen den Ebenen 96 und 98 Kugelflächen um den vorgenannten Schnittpunkt zwecks Verringerung des Gasdurchtritts an den Leitschaufelenden bei allen Drehstellungen.

Im Betrieb bewirkt daher das erfindungsgemässe Ventil eine Strömungswechsel und eine Strömungsmodulation in einer bedeutend einfacheren wirksameren und praktischeren Weise als vorbekannte Einrichtungen. Da die Strömungsablenkung durch die Leitschaufeln nie grosser ist als eine halbe Kanalbreite können Verluste äusserst niedrig gehalten werden, besonders wenn eine grosse Anzahl von Kanälen verwendet werden. Weiterhin wurde eine umständliche Kanaldrehung beseitigt. Da viele Gasturbinentriebwerke in ihren Gebläsen und Verdichtern Leitschaufeln mit variablem Anstellwinkel verwenden, kann der erfindungsgemässe Ventilmechanismus leicht vom Triebwerkhersteller in ein Triebwerk eingefügt werden.

Für den Fachmann ist ersichtlich, dass an der vorstehend beschriebenen Erfindung und den Ausführungsbeispielen bestimmte Änderungen vorgenommen werden können, ohne die umfassendere Konzeption der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise ist die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf Gasturbinentrisbwerke beschränkt, sondern könnte auch

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für Heizungssysteme und Klimaanlagen und andere Geräte mit durch Kanäle geleitete Strömen verwendet werden. Weiterhin ist die vorstehend dargestellte Betätigung der Leitschaufel nur als Beispiel gedacht und es können daher viele andere Stelleinrichtungen und Anordnungen zur Strömungsaufteilung verwendet werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

Ventil zur Steuerung des Stroms eines fliessfähigen Mittels zwischen axial getrennten stromaufwärts und stromabwärts liegenden Abschnitten eines allgemein konzentrischen ringförmigen inneren und äusseren Kanals, gekennzeichnet durch:

ein Paar von Strömungsmischern (64, 66), wobei jeweils ein Mischer jedem der konzentrischen ringförmigen Kanalabschnitte (26, 56, 34, 58) zugeordnet ist und jeder Mischer in einem Satz von n-Strömungskanälen (7o, 72) endet, welche sich praktisch über und um den Ringraum erstrecken, wobei noch diese Kanäle (7o,72) abwechselnd in Strömungsmittelverbindung mit dem inneren und äusseren Kanal (26, 56, 34, 58) ihres jeweiligen Abschnittes stehen und die Kanäle jedes Abschnittes gegeneinander offen und umkreisförmig gegeneinander um 36o /2n versetzt sind,

eine Stufe von radial verlaufenden Leitschaufeln mit 2n Schaufeln zwischen den einander gegenüber stehenden Sätzen der Strömungskanäle (7o, 72) der Mischer, wobei die Leitschaufeln um ihre Längsachsen schwenkbar sind, und

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Einrichtung zur Betätigung der Leitschaufeln (78) zur selektiven Ablenkung des Austrittstroms aus den Kanälen (7o, 72), welche mindestens einem der stromaufwärts gelegenen Kanalabschnitte (26, 56) zugeordnet ist, um nicht mehr als eine halbe Breite der Kanäle (7o, 72) in die Kanäle (7o, 72), welche dem inneren oder äusseren Kanal (34, 58) des stromaufwärts gelegenen Abschnittes zugeordnet sind.
2.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leitschaufeln (78) miteinander verknüpft sind zur gemeinsamen Schwenkung durch die Stelleinrichtung, wobei die Strömung aus einem der Kanäle (7o, 72) für den stromaufwärts gelegenen Abschnitt um nicht mehr als 36o°/2n umgelenkt wird in die Kanäle (7o, 72), welche dem stromabwärts gelegenen Abschnitt (34, 58) zugeordnet sind.
3.) Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsart abwechselnde Leitschaufeln aktive Leitschaufeln bilden zur teilweisen Begrenzung von Strömungskanälen durch das Ventil und die übrigen Leitschaufeln (78) Leerlaufleitschaufeln sind, welche allgemein zur Strömungsrichtung in der Mitte jedes Kanals ausgerichtet sind.
4.) Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es Einrichtungen zum Rollentausch zwischen den aktiven Leitschaufeln und den Leerlaufleitschaufeln besitzt beim Schwenken der Leitschaufeln zwischen einer ersten Orientierung, bei der jeder Kanal des stromaufwärts gelegenen Abschnittes in Strömungsmittelverbindung mit einem stromabwärts gelegenen Kanal (7o, 72) ist,

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welcher gegenüber dem ersten Kanal um 36o°/2n versetzt ist, und einer zweiten Orientierung, in der jeder Kanal (7o, 72) des stromaufwärts gelegenen Abschnittes in Strömungsmittelverbindung mit dem nächst benachbarten Kanal (7o, 72) im Vergleich zur ersten Leitschaufe!orientierung ist.
5.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anzahl der Leitschaufeln (78) zur gemeinsamen Schwenkung miteinander verknüpft sind und eine zweite Anzahl dieser Leitschaufeln zur gemeinsamen Schwenkung unabhängig von der ersten Anzahl von Leitschaufeln miteinander verbunden sind.
6.) Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl von Leitschaufeln jede vierte Leitschaufel umfasst und die zweite Anzahl die übrigen Leitschaufeln umfasst.
7.) Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der stromaufwärts gelegenen Kanäle (26, 56) in Strömungsmittelverbindung mit einem der stromaufwärts gelegenen Kanäle (34, 58) über Strömungskanäle ist, welche durch zweite Vielzahl von Leitschaufeln (78) begrenzt sind, und die genannte erste Anzahl von Leitschaufeln (78) mit ausgewählten Leitschaufeln der zweiten Anzahl zusammen die Strömung von einem der anderen stromaufwärts gelegenen Kanäle (26, 56) blokkiert.
8.) Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl jede zweite Leitschaufel umfasst und die zweite Anzahl die übrigen Leitschaufeln umfasst.

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9.) Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl von Leitschaufeln in einer Richtung entgegengesetzt zur zweiten Anzahl schwenkbar ist zur praktischen Absperrung der Strömung aus dem inneren (26) und dem äusseren (56) stromaufwärts gelegenen Kanal.
1o.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung einen Stellarm (84) umfasst, welche mit einer ersten Leitschaufel (78) verbunden ist, und allgemein senkrecht zu ihrer Längsachse verläuft, und weiterhin ein Stellglied (82), welches antriebsmässig mit dem Stellarm (84) verbunden ist.
11.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kanäle (26, 56, 34, 58) praktisch parallel zu den Kanten der Leitschaufeln (78) sind.
12.) Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten jeder Leitschaufel (78) entlang Projektionslinien vom Schnittpunkt der Längsachsen der Leitschaufeln und der gemeinsamen Mittellinie der konzentrischen Ringkanäle (26, 56, 34, 58) verlaufen und axial eng benachbart zu den Enden der Kanäle liegen.
13.) Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere (26) und der äussere (56) stromaufwärts gelegene Kanal zur Aufnahme eines verdichteten Gasstroms von der Verdichtereinrichtung eines Gasturbinentriebwerkes angeordnet sind.

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