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Diese
Erfindung betrifft ein System zur Luftentnahme in einem Verdichter.
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Die
Triebwerke von Luftfahrzeugen haben Gasturbinen, bei denen die Luft,
die in die Zusammensetzung des Brennstoffgemischs eingeht, komprimiert
wird. Ein Teil der komprimierten Luft wird aus dem Verdichter für unterschiedliche
Zwecke abgezapft, z. B. um in der Kabine den Druck herzustellen, zum
Enteisen und zur Belüftung
der Triebwerkturbine zwecks Kühlung.
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Das
Abzapfen der komprimierten Luft erfolgt durch das Statorgehäuse hindurch,
das insbesondere aus einer Außenhaut,
die dem Ganzen die Steife verleiht, und aus einer inneren Gehäuseverdopplung, die
die Strömungsbahn
der Luft umgrenzt und sich im Wesentlichen aus miteinander verbundenen
Ringsegmenten zusammensetzt, bei denen die einen die feststehenden
Schaufeln des Verdichters tragen und die abwechselnd mit diesen
angeordneten anderen sich vor den bewegbaren Schaufeln des Rotors
erstrecken, besteht. Diese Gehäuseverdopplung
weist durchgehende Öffnungen
auf, damit ein Teil der in der Strömungsbahn fließenden Luft
in sie eindringt. Wenn eine bedeutende Menge abgezapft werden soll,
können
diese Öffnungen
auch durch einen vollständigen
kreisförmigen
Schlitz ersetzt werden. Die Öffnungen
stehen mit einem Hohlraum in Verbindung, der zwischen der Außenhaut
und der inneren Gehäuseverdopplung
des Gehäuses
ausgebildet ist, und es wird daher deutlich, dass es genügt, durchgehende Öffnungen
durch die Außenhaut
vorzusehen, um Zugang zu diesem Hohlraum zu bekommen und die dorthin
gelangte Luft abzuzapfen, indem man sie durch eine Leitung dorthin
strömen
lässt,
wo sie vonnöten
ist.
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Dennoch
treten Probleme auf, wenn eine große Menge Luft abgezapft werden
muss. Da die Strömungsgeschwindigkeit
des Luftstroms begrenzt ist, kann diese Menge oft nur noch gesteigert
werden, indem der für
den Abzapfstrom verfügbare
Querschnitt an allen Stellen dieses Stroms vergrößert wird. Es kann dazu beitragen,
diese Anforderung zu erfüllen,
wenn die Öffnungen,
die durch die innere Gehäuseverdopplung
und die Außenhaut
des Gehäuses
verlaufen, sowie die Auslassleitung vergrößert werden; es ist jedoch
unmöglich,
die Hohlräume zwischen
der Außenhaut
und der inneren Gehäuseverdopplung
zu vergrößern, durch
die die abgezapfte Luft in tangentialer Richtung zum Triebwerk strömt, um sich
unter der Außenöffnung anzusammeln,
da der Querschnitt der ringförmigen
Hohlräume
durch die Formen festgelegt ist, die die Außenhaut und die innere Gehäuseverdopplung
aus anderen Gründen erhalten
müssen.
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Es
kommt daher häufig
vor, dass der Querschnitt des Abzapf-Hohlraums nicht ausreicht,
um das Durchfließen
der gewünschten
Menge an Luft zu ermöglichen.
Außerdem
kann es vorkommen, dass der Hohlraum keinen praktischen Weg für die entnommene
Luft bietet, wenn er unterteilt ist, oder aus einem anderen Grund.
Eine klassische Lösung
dieses Problems bestand bisher darin, um den Hohlraum herum ein
rundes Rohr, Kollektor genannt, anzuordnen, dessen Aufgabe es war,
einen Zusatz zu diesem Hohlraum zu bilden, wobei es einen ausreichenden
Querschnitt für
den ringförmigen
Luftstrom bietet, der zur Entnahme-Endleitung hin zusammenfließt. Dabei
strömte
die Luft im Wesentlichen radial durch den Hohlraum, indem sie durch
eine Gruppe von Öffnungen
in ausreichender Anzahl, die ins Innere des Kollektors führten, austrat.
Der Kollektor ist jedoch ein Teil, dessen Herstellung und Einbau
relativ mühsam
ist, und die Gehäuseumgebung
hat manchmal nicht genügend
Raum geboten, um ihn aufnehmen zu können. Ein gleichwertiges Konzept,
das in der Patentschrift
FR
2 616 890 A beschrieben ist, besteht darin, anstelle des
Kollektors eine große
Anzahl einzelner Leitungen vorzusehen, die jeweils an eine der durch
die Außenhaut
des Gehäuses
führenden Öffnungen
angeschlossen werden. Ein weiteres Konzept, das in der Patentschrift
US 5 351 478 beschrieben
ist, ist eine Mittellösung
zwischen dem vorherigen Konzept und einem Konzept mit einfacher
Entnahmeleitung: Es wird vorgeschlagen, vier Entnahmeleitungen kreuzförmig um
die Außenhaut
herum anzuordnen, um in dem Hohlraum die Bewegung der Luft in tangentialer
Richtung zu reduzieren.
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Aus
dem bisherigen Stand geht nun hervor, dass die tangentiale Bewegung
in dem Hohlraum nach Wunsch reduziert werden kann, indem die Entnahmeöffnungen vervielfacht
werden, so dass die Störung
der Strömung,
die durch den Durchlassquerschnitt oder die Formgebung des Hohlraums
entsteht, schwindet. Eine allzu starke Verzweigung der Stroms wegen
der Nachteile des Konzepts, die sich durch einen die Öffnungen
umgebenden Kollektor oder durch eine große Anzahl von einzelnen Entnahmeleitungen
ergeben, kann jedoch als nachteilig angesehen werden.
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Diese
Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Entnahme von komprimierter
Luft durch ein Gehäuse hindurch
zu ermöglichen,
welches eine Außenhaut und
eine innere Gehäuseverdopplung
aufweist, wobei nur eine eingeschränkte Menge an Luft in tangentialer
Richtung strömen
kann, wobei aber zugleich eine zu starke Verzweigung der Stroms
vermieden wird, und die Entnahmevorrichtung um das Gehäuse herum
einfach und platzsparend ausgeführt
ist. Die Verzweigung in tangentialer Richtung wird durch eine kombinierte
tangentiale und längsgerichtete
Verzweigung ersetzt, die es ermöglicht,
das System vorteilhaft zu vereinfachen. Eine axiale Verzweigung
des Stroms wird in der Schrift US-A-4 329 114 vorgeschlagen; doch
sie ist nicht für
die Bedingungen der Entnahme einer großen Menge geeignet, da die
Luft dort zunächst
einzig aus einem der Hohlräume
entnommen wird. Im übrigen
wird die axiale Verzweigung lediglich als eine zusätzliche
Möglichkeit
betrachtet, da im Prinzip ein einheitlicher Luftstrom durch entweder
den einen oder den anderen von zwei Hohlräumen vorgesehen ist, wobei
die Bahn durch eine verstellbare Klappe bestimmt wird.
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So
betrifft die Erfindung ein System zur Luftentnahme in einem Verdichter
eines Flugzeugtriebwerks durch eine Verdopplung eines Gehäuses hindurch,
welches eine Luftströmungsbahn
umgrenzt, wobei das System durchgehende Öffnungen in einer Außenhaut
des Gehäuses
aufweist, die mit der Gehäuseverdopplung
zusammen eine Vielzahl von Hohlräumen
umgrenzt, wobei die entnommene Luft die Öffnungen erreicht, nachdem
sie durch die Gehäuseverdopplung
gelangt ist, sowie ferner Entnahmeleitungen aufweist, die um die Öffnungen
herum an die Außenhaut
angeschlossen sind, wobei durch zwei der Hohlräume die entnommene Luft strömt, wobei
die Entnahmeleitungen sich mittels Mundstücken um Paare von Öffnungen
erstrecken, wobei die Öffnungen
jedes dieser Paare jeweils zu einem der genannten zwei Hohlräume führt, durch
die die entnommene Luft strömt.
Das System ist neu darin, dass die Gehäuseverdopplung einen einzigen Schlitz
aufweist, der sich vor Rändern
befindet, welche die beiden von der entnommenen Luft durchströmten Hohlräume umgrenzen
und durch die Öffnungen
für den
Eintritt der Luft in die genannten Hohlräume führen. Die Luft, die von einer
und derselben Stelle im Verdichter entnommen wird, hat in den beiden
Hohlräumen
den gleichen homogenen Zustand und vermischt sich ohne Verwirbelung
in den Leitungen.
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Diese
Aspekte der Erfindung wie auch weitere werden nun detaillierter
in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei
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1 in
einer allgemeinen Ansicht die Ausführung der Erfindung zeigt,
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2 die
Art und Weise der Entnahme in Einzelheiten zeigt, und
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3 die
Anordnung der Öffnungen
in den Entnahmeleitungen zeigt.
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In 1 ist
ein Verdichtergehäuse 1 dargestellt,
das durch eine Strömungsbahn
für die
komprimierte Luft von einem Rotor 2 getrennt ist. Aus dem Verdichter
wird komprimierte Luft durch zwei Leitungen 5 und 6 abgezapft,
die einer gemeinsamen Verwendung dienen, wie z. B. die Herstellung
von Druck in der Flugzeugkabine, und an dem Gehäuse 1 mit zwei einander
diametral gegenüberliegenden
Mundstücken 7 und 8 angeschlossen
sind. Die Leitungen 5 und 6 vereinen sich nicht
oder erst in Abstand zum Gehäuse 1.
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Da
die folgende Beschreibung ebenso für den Bereich des Mundstücks 8 wie
für den
des Mundstücks 7 gilt,
wird nur letzteres beschrieben. Bezugnehmend auf 2 ist
zu erkennen, dass sich das Gehäuse 1 aus
einer Außenhaut 9 und
einer Gehäuseverdopplung 10 zusammensetzt,
die durch Hohlräume
voneinander getrennt sind, von denen zwei, die die Bezugszahlen 11 und 12 tragen,
in den Zeichnungen erscheinen. Das Mundstück 7 ist an der Außenhaut 9 befestigt,
während
die Gehäuseverdopplung 10 die
Strömungsbahn 3 abgrenzt.
Die Gehäuseverdopplung 10 weist Öffnungen
auf, hier einen einzigen, kreisförmigen
Schlitz 13, um komprimierte Luft abzuzapfen, die die Strömungsbahn
einnimmt. Der Schlitz 13 ist zwischen einem Gleichrichterring 14 und
einem Bandring 15 ausgeführt, die Teil der Gehäuseverdopplung 10 sind
und sich an die Außenhaut 9 mittels
eher radial verlaufender Ausrichtränder anschließen, die
die Bezugzahlen 16 bzw. 17 tragen und sich hinter
dem Schlitz 13 erstrecken. Der Hohlraum 11 erstreckt
sich hinter dem Rand 16, und der Hohlraum 12 erstreckt
sich hinter dem Rand 17.
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Durch
die Ränder 16 und 17 verlaufen
durchgehende Öffnungen 18 und 19,
um zu ermöglichen, dass
die komprimierte Luft, die sich in dem Schlitz 13 verfangen
hat, der den Hohlräumen 11 und 12 gemeinsam
ist, in diese eintritt. Die Luft strömt durch die Hohlräume 11 und 12,
und die Hälfte
davon tritt aus ihnen durch Öffnungen 20 und 21 wieder
aus, die durch die Außenhaut 9 verlaufen,
und gelangt bis zum Mundstück 7,
wobei die andere Hälfte
ebenso bis zum Mundstück 8 gelangt.
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Gemäß dem Konzept
der Patentschrift
US
5 351 478 A sollten vier Entnahmeleitungen mit dem Hohlraum
11 (beispielsweise)
durch ebenso viele Öffnungen
mit ausreichendem Querschnitt kommunizieren, die regelmäßig im rechten
Winkel verteilt angeordnet sind. Hier wurden nun die Öffnungen
anders gruppiert, und zwar in zwei Reihen, die jeweils eine Öffnung
20 und
eine Öffnung
21 umfassen,
die in Längsrichtung
zum Verdichter ausgerichtet sind, wobei jede Reihe von einem der
Mundstücke
7 und
8 umfasst
wird. Die Oberfläche
der Öffnungen
20 und
21 kann
die gleiche sein wie die, die man mit einem Kollektor vorgesehen
hätte.
Es können
längliche Öffnungen
20 und
21 vorgeschlagen
werden, die sich in tangentialer Richtung zum Verdichter erstrecken,
so dass Mundstücke
7 und
8 mit
rechtwinkligem und fast quadratischem Anschlussquerschnitt verwendet
werden können,
die sich an die Leitungen
5 und
6 mit kleinerem
Querschnitt mittels einer fortlaufenden Änderung des Querschnitts anschließen, was
ihnen eine allgemeine Glockenform verleiht.
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Durch
Verwendung einer Vielzahl von Entnahmeleitungen 5 und 6 wird
die Luftmenge, die tangential durch die Hohlräume 11 und 12 zu
den Mundstücken 7 und 8 strömt, verringert,
und durch die Aufteilung des Entnahmestroms zwischen den beiden Hohlräumen 11 und 12 wird
diese tangentiale Menge noch weiter verringert. So gibt es das Problem
nicht mehr, dass die Entnahme durch einen ungenügenden Querschnitt der Hohlräume 11 und 12 eingeschränkt wird.
Ein großer
Vorteil der Erfindung besteht auch darin, dass die Gruppierung der Öffnungen 20 und 21 als
aneinandergrenzende Paare unter ziemlich weit ausgeführten Mundstücken es
ermöglicht,
die Hälfte
der Entnahmeleitungen der bisherigen Lösungen wegzulassen.
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In 3 sind
andere Öffnungen 22 dargestellt,
die durch die Außenhaut 9 verlaufen
und auf der Linie der Öffnungen 21 angeordnet
sind, d. h. zu dem gleichen Hohlraum 12 führen. Es
handelt sich um Öffnungen
zur Entnahme eines Teils der komprimierten Luft, die durch den Schlitz 13 abgezapft
wurde und in den Hohlraum 12 gelangt ist, für andere Verwendungen.
Der vereinte Beitrag der Hohlräume 11 und 12 zur
Bereitstellung von Luft für
eine bestimmte Verwendung (hier die Kabine) schließt also die
Verwendung dieser Hohlräume
zur Bereitstellung einer zusätzlichen
Luftmenge für
andere Verwendungen nicht aus.