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Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für mindestens Teile von Bereichen einer Wandung in einem Flugzeugtriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Flugzeugtriebwerk mit einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 24.
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Die Effizienz von Flugzeugtriebwerken hängt stark von den Temperaturen ab, bei denen die Triebwerksprozesse ablaufen. Da man bestrebt ist, immer höhere Temperaturen zu realisieren, werden Mittel benötigt, mit denen die thermischen Bedingungen im Flugzeugtriebwerk effizient beeinflusst werden können, d. h. mit denen insbesondere eine effiziente Kühlung erreichbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Kühlvorrichtung weist mindestens einem Einlauf für Kühlluft, mit einer Luftführung für die Kühlluft auf, so dass die Kühlluft zuerst mindestens teilweise einen ersten Bereich einer Wandung und anschließend einen zweiten Bereich einer Wandung kühlt. In dem zweiten Bereich der Wandung ist ein Mittel zur gezielten Kontrolle der Kühlluft, insbesondere der Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft und/oder der Erhöhung des Massenstroms der Kühlluft angeordnet. Durch die gezielte Erhöhung der Geschwindigkeit wird die Wärmeübertragung verbessert. Alternativ oder zusätzlich kann eine Erhöhung des Massenstroms der Kühlluft für eine verbesserte Wärmeübertragung sorgen.
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In einer Ausführungsform weist das Mittel zur gezielten Kontrolle, insbesondere zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft mindestens einen Spalt, insbesondere einen Ringspalt mit einer Spalthöhe und/oder mindestens eine Düsenvorrichtung auf. Durch eine Strömungsquerschnittsverengung kann eine Geschwindigkeitserhöhung für die Kühlluft in einfacher Weise erreicht werden. Die Spalthöhe des Spaltes kann grundsätzlich über die ganze Länge des Spaltes konstant sein oder sich verändern.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Mittel zur gezielten Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft ein Ringelement zur Bildung des mindestens einen Spalts auf, so dass der mindestens eine Spalt zwischen dem Ringelement und der Wandung angeordnet ist. Dabei kann das Ringelement insbesondere als im Wesentlichen kreiszylindrischer Ring oder kegelförmiger Ring ausgebildet sein. Das Ringelement muss sich dabei nicht zwingend um den gesamten Umfang des Flugzeugtriebwerkes erstrecken. Auch ein Segment eines Ringelements kann dazu verwendet werden, einen Teilbereich der Wandung zu kühlen. Diese Geometrien sind auf Grund einer Krümmung in Umfangsrichtung für die Verwendung in einem Flugzeugtriebwerk gut geeignet.
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In eine Alternative ist die Spalthöhe in Längsrichtung des Flugzeugtriebwerks mindestens in Teilbereichen konstant oder konvergent.
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Für eine effiziente Wärmeübertragung kann ein Einstellmittel zur Einhaltung einer vorbestimmten, insbesondere konstanten Geschwindigkeit der Kühlluft im mindestens einen Spalt vorgesehen sein. Insbesondere kann insbesondere die Einhaltung einer definierten, insbesondere konstanten Spalthöhe in unterschiedlichen Betriebszuständen des Flugzeugtriebwerkes mittels des Einstellmittels sinnvoll sein.
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Zur Einhaltung eines Mindestwertes für die Spalthöhe kann in einer Ausführungsform mindestens ein Distanzstück zur Festlegung eines Mindestwertes für die Spalthöhe aufweisen. Das mindestens eine Distanzstück kann insbesondere mit dem Einstellmittel gekoppelt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Einstellmittel ein Ringelement als äußere Wandung des Spaltes, deren Umfang oder Radius zur Anpassung der Spalthöhe an den Betriebszustand, insbesondere an eine Temperatur des Flugzeugtriebwerkes anpassbar ist. Die äußere Wandung des mindestens einen Spaltes (z. B. als Ringkanal ausgebildet) kann durch variable und/oder einstellbare überlappende Bereiche im Umfang variiert werden. Durch die Einstellung der Spalthöhe kann der Wärmeübergang mittels der Strömung der Kühlluft beeinflusst werden.
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Eine alternative Ausführungsform weist in der äußeren Wandung des mindestens einen Spaltes mindestens eine Fuge auf, deren Größe zur Veränderung des Umfangs der äußeren Wandung an den Betriebszustand, insbesondere an eine Temperatur des Flugzeugtriebwerkes anpassbar ist. Die Änderung des Umfangs – und damit die Veränderung des Durchmessers – kann in effizienter Weise z. B. dadurch erreicht werden, dass die mindestens eine Fuge mindestens teilweise durch ein Abdeckmittel verschließbar ist, wobei das Abdeckmittel insbesondere mindestens teilweise gleitend auf der äußeren Wandung angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Einstellmittel eine Vorrichtung zur radialen Einstellung der Spalthöhe, insbesondere eine federgesteuerte Vorrichtung zur Einstellung der Spalthöhe über die Einstellung der Position der äußeren Wandung auf.
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Es ist ferner möglich, dass der von der Kühlluft durchströmte Bereich durch eine Trennwand von der Zone getrennt ist, in der brennbare Fluide vorkommen können. Damit wird ein separater Ringraum zwischen der Wandung und den Ringelementen als äußerer Wandung abgrenzt. Dieser Bereich erstreckt sich insbesondere axial von einer Abdeckung des Kompressors im vorderen Teil bis zum Ende der Abdeckung einer Hochdruckturbine im hinteren Teil. Zwischen diesen Abdeckungen und dem Außengehäuse des Kompressors, der Brennkammern und der Turbinen bildet sich ein Ringraum aus.
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Ferner besteht die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Kühlluft in Abhängigkeit einer gemessenen Temperatur, insbesondere durch das Einstellmittel insbesondere automatisch zur regeln. Auch kann die Kühlvorrichtung selbstregelnd ausgebildet sein. Bei einer automatischen Regelung kann ein vorbestimmter Sollwert für den Kühlprozess eingehalten werden.
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Eine Form der Regelung wäre eine inhärente Regelung der Spalthöhe, wobei die Kühlvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine hohe Temperatur im Bereich des Spaltes zu einer Verkleinerung der Spalthöhe und damit zu einer höheren Geschwindigkeit der Kühlluft führt. Dies führt dann zu einer verbesserten Kühlung und damit zu einer Verringerung der Temperatur, was wiederum dann die Spalthöhe vergrößert. Damit kann ein Sollwert als stabiles Gleichgewicht eingestellt werden.
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Ferner kann die Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft im zweiten Bereich durch mindestens eine Drucksenke erreicht werden, insbesondere einer Drucksenke mit einem Strömungsmittel nach dem Prinzip einer Strahlpumpe. Die Drucksenke ist im Bereich des Austritts der Kühlluft in einem Nebenstromkanal des Flugzeugtriebwerks angeordnet, so dass durch lokal erzeugten Unterdruck eine Beschleunigung der Kühlluftströmung erreichbar ist.
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In einer Ausführungsform umfasst der erste Bereich der Wandung mindestens teilweise ein Gehäuse einer Hochdruckturbine und/oder einer Mitteldruckturbine. Es ist auch möglich, dass der zweite Bereich der Wandung mindestens teilweise ein Gehäuse einer Niederdruckturbine und/oder einer Mitteldruckturbine umfasst.
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Ferner können im Bereich des mindestens einen Spaltes Rippen, Stabrippen, ebene Rippen und/oder ein aufgerauter Bereich zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche und/oder der Turbulenz der Kühlluft und/oder Strömungsleitmittel angeordnet sein.
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In eine Ausführungsform wird der erste Bereich der Wandung durch eine Anprallströmung der Kühlluft gekühlt.
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Auch ist es möglich, dass mindestens ein Entnahmemittel für Kühlluft aus einem Nebenstromkanal und/oder der Umgebungsluft des Flugtriebwerks vorgesehen ist. Die Temperatur der Luft im Nebenstromkanal und in der Umgebung ist relativ niedrig, so dass sich diese Luft als Kühlmedium eignet.
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Auch ist es möglich, dass mindestens eine Federvorrichtung zur elastischen Abstützung des Ringelementes gegenüber der Wandung und/oder des Gehäuses vorgesehen ist, wobei die Federvorrichtung insbesondere an der Wandung befestigt ist- Damit kann erreicht werden, dass auch bei thermischen Einflüssen, die Spalthöhe des mindestens einen Spaltes im Wesentlichen konstant bleibt. Die Federvorrichtung kann so gestaltet sein, dass diese die gehäuseumschließenden Ringelemente in Position hält und bei einer thermischen Ausdehnung des Gehäuses die resultierenden Verschiebungen der gehäuseumschließenden Ringelemente federnd an das Gehäuse drückt. Somit bleibt der mindestens eine Spalt zwischen Gehäuse und den gehäuseumschließenden Ringelementen unverändert.
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Ferner können über eine Regelvorrichtung zwei Kühlvorrichtungen hintereinander betreibbar sein, so dass die Austrittsluft der ersten Kühlvorrichtung als Eintrittsluft der zweiten Kühlvorrichtung nutzbar ist.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Flugzeugtriebwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst.
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Ausführungsformen werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform in einer Schnittansicht durch einen Teil eines Flugzeugtriebwerkes;
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2A eine schematische Darstellung eines Einstellmittels für eine Spalthöhe in einer ersten Lage;
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2B eine schematische Darstellung eines Einstellmittels für eine Spalthöhe in einer zweiten Lage;
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3 eine Detaildarstellung einer Drucksenke;
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4 eine perspektivische Detailansicht eines Einlaufbereiches der Kühlluft;
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5 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Spalthöhenregelung;
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6 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Spalthöhenregelung;
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7 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Spalthöhenregelung.
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1 zeigt in einer Schnittansicht ein Detail eines Flugzeugtriebwerkes 100, nämlich einen Bereich zwischen einem radial außen gelegenen Nebenstromkanal (Bypass-Duct) 23 und einem radial im Kerntriebwerk liegenden Bereich einer Hochdruckturbine 20 und einer Niederdruckturbine 21 (in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit ohne Darstellung der Schaufeln). Eine solche Konfiguration ist für ein Zweiwellentriebwerk 100 üblich. Bei einem Dreiwellentriebwerk kommt noch eine Mitteldruckturbine zum Einsatz.
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Die im Folgenden beschriebene Ausführungsform einer Kühlvorrichtung kühlt mindestens Bereiche 11, 12 einer Wandung 10, die die Turbinen 20, 21 nach außen hin umgeben. Diese Kühlvorrichtung kann grundsätzlich in unterschiedlichen Bauarten von Flugzeugturbinen 100 verwendet werden und ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Bauformen beschränkt.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird durch zwei Entnahmemittel 15, 16 Kühlluft K aus der im Nebenstromkanal 23 strömenden Luft A abgezweigt. Das erste Entnahmemittel 15 ist mit einer Ventilvorrichtung 17 zu Steuerung des Kühlluftstroms ausgestattet. Grundsätzlich ist es auch möglich Kühlluft K an anderer Stelle des Flugzeugtriebwerkes 100 abzuleiten, wie z. B. aus der äußeren Umgebung des Flugzeugtriebwerkes 100. Die in 1 dargestellte Situation mit zwei Entnahmemitteln 15, 16 stellt jedenfalls eine mögliche Variante dar. Da der Nebenstromkanal 23 um das Kerntriebwerk herum angeordnet ist, können in azimuthaler Erstreckung um das Flugzeugtriebwerks 100 mehrere Entnahmemittel 15, 16 angeordnet sein.
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Durch die Kühlvorrichtung sollen zwei Bereiche 11, 12 der Wandung 10 im Bereich der Hochdruckturbine 20 und der Niederdruckturbine 21 gekühlt werden. Diese Bereiche 11, 12 sind hohen thermischen Belastungen unterworfen, so dass sich die Wandung 10 an diesen Stellen insbesondere ausdehnen kann, was dazu führt, dass der Schaufelspalt 24 (auch als tip clearance bezeichnet) größer wird, was insbesondere aus Effizienzgründen unerwünscht ist.
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Im ersten Bereich 11 der Wandung 10 erfolgt die Kühlung durch eine an sich bekannte Anprallkühlung, bei der die aus den Entnahmemitteln 15, 16 austretende Kühlluft K im Wesentlichen senkrecht auf die Wandung 10 trifft. Der erste Bereich 11 der Wandung 10 umgibt die Hochdruckturbine 20.
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Nachdem die eintretende Kühlluft K den ersten Bereich 11 der Wandung 10 gekühlt hat, wird die Luft in einem Kanal 13 in Richtung der Hauptströmung in der Flugzeugturbine 100 nach hinten weitergeleitet, um den zweiten Bereich 12 der Wandung 10 zu kühlen. Zur Verbesserung der Kühlung ist hier die Kühlvorrichtung mit einem Spalt 2 mit der Spalthöhe H vorgesehen. Der Spalt 2 dient dazu, die Geschwindigkeit der Kühlluft K gezielt zu erhöhen, um die konvektive Wärmeübertragung zu verbessern. Die Spalthöhe H ist dabei kleiner als der Strömungsquerschnitt des stromaufwärts liegenden Kanals K. Durch diese Verringerung des Strömungsquerschnitts werden die Geschwindigkeitserhöhung und damit die Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs erreicht. Der Spalt 2 dient somit als eine Art Beschleunigungskanal für die Kühlluft K.
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Die Bildung des Spaltes 2 ist ein Mittel 1 zur gezielten Kontrolle, insbesondere Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft K zur Verbesserung der Wärmeübertragung.
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Alternativ oder zusätzlich können auch andere Mittel zur gezielten Kontrolle, insbesondere Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eingesetzt werden, wie z. B. eine Vielzahl von Düsen als Düsenvorrichtung, die auf die zu kühlende Fläche ausgerichtet sind. Die Anströmung kann in diesem Fall z. B. im Wesentlichen tangential erfolgen. Auch kann eine weitere Zufuhr von Kühlluft K vorgesehen sein, um den Massenstrom im Spalt 2 gezielt zu erhöhen.
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Zur Verbesserung der Wärmeübertragung können auf der Oberfläche Rippen (z. B. Stabrippen, ebene Rippen), ein aufgerauter Bereich oder ähnliches angeordnet sein, um die Wärmeübertragungsfläche und/oder die Turbulenz der Strömung zu erhöhen. Die Rippen könnten im Sinne eines Strömungsleitmittel auch spiralförmig in der Art eines Gewindes auf der Wandung angeordnet sein und um das Gehäuse umlaufen. Die Kühlluft umströmt so geführt das Gehäuse, was zu einer längeren Verweildauer führt.
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Im Folgenden wird die Ausführungsform unter Verwendung des Spaltes 2 weiter beschrieben.
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Der Spalt 2 wird hier auf der radial äußeren Seite durch ein Ringelement 5 als äußere Wandung (z. B. als Luftgeschwindigkeitserhöhungsleitblech) und an der radial inneren Seite durch die zu kühlende Wandung 10 gebildet (siehe auch 4). Dabei ist die Spalthöhe H hier im Wesentlichen konstant angenommen. Da sich die heißen Teile (z. B. die Wandung 10, das Ringelement 5 der äußeren Wandung) des Flugzeugtriebwerks 100 im Betrieb ausdehnen, kann sich auch die Spalthöhe H im Betrieb ändern.
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In der dargestellten Ausführungsform ist ein Einstellmittel 3 vorgesehen, mit dem die Spalthöhe H auch im Betrieb im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Das Einstellmittel 3 weist im vorliegenden Fall eine Federvorrichtung 25 auf, die einer radialen Ausdehnung des Ringelementes 5 entgegenwirkt, um die Spalthöhe H konstant zu halten (siehe 4). Die Federvorrichtung 25 stützt das Ringelement 5 (d. h. das Luftgeschwindigkeitserhöhungsleitblech) federnd auf einem Abstandhalter 18 zum Gehäuse 19; es wird ein Anpressdruck auf das Ringelement 5 erzeugt. Wächst der Durchmesser des Gehäuses 19 z. B. auf Grund thermischer Belastungen an, so bewegen sich die Abstandhalter radial nach Außen mit, so dass sich letztlich auch das Ringelement 5 nach Außen bewegt.
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Eine weitere Ausgestaltung eines Einstellmittels 3 wird in Zusammenhang mit den 2A, 2B beschrieben werden.
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Das Einstellmittel 3 kann alternativ so ausgebildet sein, das die Spalthöhe H – und damit die Geschwindigkeit der Kühlluft K im Spalt 2 – an die Betriebsbedingungen anpassbar ist. Insbesondere kann dies automatisch erfolgen, indem eine Temperatur z. B. an dem Ringelement 5 und/oder an der Wandung 10 gemessen wird. In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur wird dann der Spalt 2 etwas weiter geöffnet oder geschlossen. Dies kann z. B. durch eine hydraulisch betätigte Vorrichtung des Einstellmittels 3 erfolgen.
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Das Einstellmittel 3 kann auch eine inhärente Regelung umfassen, bei der eine erhöhte Temperatur zu einer Verkleinerung der Spalthöhe H führt. Daraus resultiert eine erhöhte Geschwindigkeit der Kühlluft K im Spalt 2, was durch die bessere Wärmeabfuhr zu einer Abkühlung führt, so dass sich der Spalt 2 wieder vergrößert. Somit führt eine Auslenkung der Spalthöhe H aus einer Gleichgewichtslage wieder auf den Sollwert zurück.
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Die in der in 1 dargestellte Ausführungsform der Kühlvorrichtung weist einen ringförmigen Spalt 2 auf. Der Spalt 2 kann sich dabei ringförmig um das ganze Flugzeugtriebwerk 100 erstrecken oder auch nur abschnittsweise. Das Ringelement 5 kann sich z. B. nur über einen Teilbereich des Triebwerkumfangs erstrecken, um gezielt einen Spalt 2 auszubilden, um bestimmte Bereiche zu kühlen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Spalthöhe H in Richtung der Längsachse des Flugzeugtriebwerks 100 im Wesentlichen konstant. In einer alternativen Ausführungsform ist die Spalthöhe H am Eintritt der Kühlluft K größer als am Austritt der Kühlluft aus dem Spalt 2. Bei einer solchen Bauweise läge ein konvergenter Strömungsquerschnitt vor, so dass die Kühlluft K bei der Durchströmung des Spaltes 2 schneller werden würde. Das Ringelement 5 wäre als äußere Wandung des Spaltes 2 hier konisch ausgebildet. Da sich die Kühlluft K bei der Kühlung zwangsläufig erwärmt, was das treibende Temperaturgefälle verringert, kann durch die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eine gewisse Kompensation erreicht werden, um eine effiziente Wärmeübertragung zu erreichen. Somit kann durch ein Einstellmittel 3 in einer alternativen Ausführungsform auch die Neigung des Ringelementes 5, d. h. der äußeren Wandung beeinflusst werden, um eine an die Betriebsbedingungen angepasste Kühlluftströmung im Spalt 2 zu erreichen.
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In dem in Strömungsrichtung hinten gelegenen Teil des Kanals 13, d. h. am Ausgang des Spaltes 2, ist eine Drucksenke 40 (siehe 3) angeordnet, die im Sinne einer Strahlpumpe ausgebildet ist. Die Drucksenke 40 weist eine Düsenvorrichtung 41 auf, in die Luft aus dem Nebenstromkanal 23 strömt. Aufgrund der Verkleinerung des Strömungsquerschnitts in der Düsenvorrichtung 41 wird die Geschwindigkeit der Luft erhöht. Dies führt gemäß des Bernoulli'schen Gesetzes zu einer Absenkung des lokalen Drucks. Eine Stelle mit verringertem Strömungsquerschnitt ist im Bereich des Austritts der Kühlluft K aus dem Spalt 2 angeordnet. Durch den lokalen Unterdruck wird die Kühlluft K nun aus dem Spalt 2 hinausgesaugt, was ein weiteres Mittel 1 zur gezielten Erhöhung der Geschwindigkeit der Kühlluft K im Spalt 2 ist.
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In 1 ist die Kühlvorrichtung in Zusammenhang mit der Kühlung des zweiten Bereiches 12 der Wandung im Bereich der Niederdruckturbine 21 beschrieben, d. h. die Kühlluft K wird nach der Kühlung des ersten Bereichs 11 mit erhöhter Geschwindigkeit verwendet.
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In alternativen Ausgestaltungen können der erste und zweite Bereich 11, 12 auch an anderen Stellen des Flugzeugtriebwerkes 100 liegen, so dass z. B. auch eine Kühlung im Bereich der Brennkammergehäuse erfolgen kann. Auch die Aufteilung der Bereiche 11, 12 kann anders gewählt werden. So kann der zweite Bereich 12 mit der Kühlvorrichtung in anderen Ausführungsformen auch den Bereich der Hochdruckturbine 20 mindestens teilweise umfassen.
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Im vorderen Teil des von der Kühlluft K durchströmten Kanals 13 ist eine Trennwand 30 angeordnet, mit der eine Abschottung gegenüber anderen Teilen des Flugzeugtriebwerkes 100 erreicht wird. Stromaufwärts liegt hier der Bereich 31 der Brennkammern. Die Trennwand 30 ist hier elastisch aufgebaut, so dass die Umgebung der Trennwand 30 – und ggf. die Trennwand 30 selbst – sich unter einer thermischen Last verformt. Durch eine elastische Ausbildung kann die Trennwand 30 dies ausgleichen.
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In 2A, 2B ist eine Einzelheit einer Ausführungsform mit einem Einstellmittel 3 dargestellt Dabei zeigen 2A, 2B zwei Lagen, die das Einstellmittel 3 für den Spalt 2 mit der Spalthöhe H einnehmen kann. Wie im Zusammenhang mit der 1 bereits ausgeführt wurde, dient das Einstellmittel 3 dazu, den Spalt 2 auf eine Größe zu bringen, so dass die Geschwindigkeit der durchströmende Kühlluft K (in 2A, 2B senkrecht zur Papierebene) erhöht oder konstant gehalten wird.
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Die Einstellung einer insbesondere konstanten Spalthöhe H kann z. B. durch eine äußere Wandung 5 des Spalts 2 erfolgen, wenn die äußere Wandung 5 ihren Umfang ändern kann.
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Dies wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch erreicht, indem eine Fuge 14 in die äußere Wandung 5 eingebracht wird. Die Fuge 14 ist hier im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Flugzeugtriebwerks 100 angeordnet, so dass die durch die Fuge 14 getrennten Teile der äußeren Wandung 5 sich unter einer thermischen Belastung in Umfangsrichtung U bewegen können.
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Damit die Kühlluft K im Betrieb im Spalt 2 bleibt sind die Fugen mit einem Abdeckmittel 7 versehen, das aber wegen der geforderten Beweglichkeit nicht fest auf beiden Seiten der Fuge 14 mit der äußeren Wandung 5 verbunden sein kann. Vielmehr ist das Abdeckmittel 7 jeweils auf einer Seite der äußeren Wandung 5 fest mit dieser z. B. über eine Schweißverbindung verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Fuge 14 ist ein Loslager vorgesehen, in dem Gleitelemente 8 (oder auch einer Gleitbeschichtung) auf einem anderen Teil der äußeren Wandung 5 lose aufliegen.
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In 2A ist der Umfang der äußeren Wandung 5 klein, d. h. die Breite der Fuge 14 ist vergleichsweise klein. Wird die Temperatur erhöht, dehnt sich das Material und die Fuge 14 wird größer. Dies ist in 2B dargestellt.
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Damit eine Mindestspalthöhe H erhalten wird, sind an der Innenseite der äußeren Wandung Distanzstücke 4 angeordnet, die auch bei dem geringstmöglichen Umfang der äußeren Wandung 5 sicherstellen, dass die Spalthöhe H ausreichend hoch bleibt. Diese Distanzstücke 4 können in gleicher Weise alternativ oder zusätzlich auch auf dem Gehäuse 10 angeordnet sein.
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In 3 ist das Detail der Drucksenke 40 dargestellt, mit dem zusätzlich die Geschwindigkeit der Kühlluft K im Spalt 2 erhöht werden kann, um eine bessere Kühlung des zweiten Bereiches 12 zu erreichen. Luft A aus dem Nebenstromkanal 23 (durch Pfeile dargestellt) wird dabei durch eine Düsenvorrichtung 41 geführt, die einen großen Strömungsquerschnitt am Einlauf und dann einen verjüngenden Strömungsquerschnitt aufweist. Die maximale Verengung der Düsenvorrichtung 41 liegt in dem Bereich des Auslasses 42 der Kühlluft K. Da die Luft A in diesem Bereich ihre maximale Geschwindigkeit aufweist, wird die Kühlluft K durch den lokalen Unterdruck aus dem Kerntriebwerk „gesaugt”.
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Die Anbindung des Ringelementes 5 ist detaillierter in 4 dargestellt.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine federnde Abstützung des Ringelements 5, d. h. der äußere Wandung des Spaltes 2. Das Ringelement 5 ist hier aus mehreren, sich gegenseitig überlappenden und gegeneinander verschieblichen Blechen gebildet.
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Ein rings um das Triebwerk umlaufendes, flexibles Leitelement 9 stützt das Ringelement 5 gegenüber den Abdeckungen 19 ab, wobei am Übergang zwischen dem Leitelement 9 und dem Abdeckungen 19 ein – grundsätzlich optionales – Gummiteil 18 angeordnet ist, das eine umlaufende Dichtung bildet. Der Radius der Abdeckung 19 ist im Wesentlichen nicht variabel.
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Wenn sich die Wandung 10 auf Grund thermischer Einflüsse in radialer Richtung und in Umfangsrichtung ausdehnt, so schieben sich die überlappenden Ringelemente 5 ebenso radial nach außen. Dabei wirkt eine Federvorrichtung 25 der Ausdehnung mit einer Federkraft entgegen. Die Federvorrichtung 25 ist hier als federndes Element ausgebildet, das an der Wandung 10 befestigt ist. Die Federvorrichtung 25 ist nicht umlaufend ausgebildet, so dass Luft seitlich um die Federvorrichtung 25 vorbei strömen kann.
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5 zeigt in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines Spaltes 2 mit regelbarer Spalthöhe H zwischen der Wandung 10 und dem Ringelement 5. Das Ringelement 5 weist hier übereinander überlappende, gegeneinander verschiebliche Blechelemente auf. Der Spalt 2 ist hier als Ringspalt um den Kern des Flugzeugtriebewers 100 (hier nicht dargestellt) ausgebildet.
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In dem Ringspalt 2 sind Abstandhalter als Distanzstücke 4 angeordnet, wobei diese an der Außenseite der Wandung 10 und/oder der Innenseite der Ringelemente 5 befestigt sein können. Distanzstücke 4 erstecken sich in Umfangsrichtung nicht über den vollkommenen Umfang, so dass die Kühlluft K an den Distanzstücken 4 vorbeiströmen kann.
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Wenn sich auf Grund thermischer Einwirkungen die Wandung 10 radial nach außen ausdehnt, bleibt die Spalthöhe H konstant, da die Distanzstücke 4 einen konstanten Abstand sicherstellen.
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In 6 ist in einer zweiten Ausführungsform in schematischer Weise eine inhärente Regelung der Spalthöhe H dargestellt, wobei auch hier ein schematischer Längsschnitt betrachtet wird. Wenn sich die Wandung 10 radial nach außen ausdehnt, so verkleinert sich die Spalthöhe H, da das Ringelement 5 thermisch nicht so belastet wird, wie die Wandung. Daher kann das Ringelement 5 hier im Wesentlichen als ortsfest angenommen werden.
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Wenn sich die Spalthöhe H verringert, erhöht sich die durch die Querschnittsverkleinerung die Geschwindigkeit der Kühlluft K, was wiederum zu einer verstärkten Kühlung der Wandung 10 führt. Diese Kühlung bewirkt dann ein radiales Zurückweichen der Wandung 10. Damit wird eine automatische Rückkopplung zur Konstanthaltung der Spalthöhe H implementiert.
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In 7 ist eine dritte Ausführungsform einer Regelung der Spalthöhe dargestellt, bei der das Ringelement 5 in seinem Abstand von der Wandung 10 des Gehäuses, z. B. durch ein pneumatisches oder hydraulisches System (hier nicht dargestellt) aktiv variiert werden kann. Wenn sich Wandung 10 in radialer Richtung bewegt, wird das Ringelement 5 in Abhängigkeit von der Bewegung der Wandung gezielt so bewegt, dass die Kühlung durch die Kühlluft K beeinflusst wird.
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In den Ausführungsformen der 6 und 7 werden ebenfalls Distanzstücke 4 zum Halten eines Mindestabstandes verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mittel zur Kontrolle (Erhöhung) der Geschwindigkeit der Kühlluft
- 2
- Spalt
- 3
- Einstellmittel für Spalt
- 4
- Distanzstück
- 5
- Ringelement, äußere Wandung des Spaltes
- 6
- Fuge
- 7
- Abdeckmittel
- 8
- Gleitelement, Gleitbeschichtung
- 9
- Leitelement (umlaufend)
- 10
- Wandung
- 11
- erster Bereich der Wandung
- 12
- zweiter Bereich der Wandung
- 13
- Kanal
- 14
- Fuge in Einstellmittel
- 15
- erstes Entnahmemittel
- 16
- zweites Entnahmemittel
- 17
- Ventilvorrichtung
- 18
- Gummielement
- 19
- äußeres Gehäuse, Abdeckung
- 20
- Hochdruckturbine
- 21
- Niederdruckturbine
- 23
- Nebenstromkanal (Bypass-Duct)
- 24
- Schaufelspalt
- 25
- Federvorrichtung
- 30
- Trennwand
- 31
- Bereich der Brennkammer
- 40
- Drucksenke
- 41
- Düsenvorrichtung
- 100
- Flugzeugtriebwerk
- A
- einströmende Luft
- H
- Spalthöhe
- L
- Kühlluft
