DE102015206088A1 - Aircraft gas turbine engine with annular gap closure element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk 10 und einem dieses umgebenden Nebenstromkanal 25, wobei in einer radial innenliegenden Nebenstromkanalwandung 29 im Bereich einer Niederdruckturbine 18 ein Ringspalt 30 zur Einleitung von Kühlluft aus dem Nebenstromkanal 25 ausgebildet ist, wobei in dem Ringspalt 30 ein axial verstellbares Ringelement 31 angeordnet ist, welches über einen Hebelantrieb mit einem an einer radial außenliegenden Nebenstromkanalwandung 32 angeordneten Aktuator 33 gekoppelt ist.The invention relates to an aircraft gas turbine engine with a core engine 10 and a surrounding bypass duct 25, wherein in a radially inner Nebenstromkanalwandung 29 in the region of a low-pressure turbine 18, an annular gap 30 is formed for introducing cooling air from the bypass channel 25, wherein in the annular gap 30 a axially adjustable ring element 31 is arranged, which is coupled via a lever drive with a arranged on a radially outer Nebenstromkanalwandung 32 actuator 33.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Verschlusselement, insbesondere einem Ringspaltverschlusselement, durch welches Kühlluft zu einem Gehäuse einer Niederdruckturbine geleitet wird.The invention relates to an aircraft gas turbine engine with a closure element, in particular an annular gap closure element, through which cooling air is passed to a housing of a low-pressure turbine.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Fluggasturbinentriebwerk mit einem Kerntriebwerk und einem dieses umgebenden Nebenstromkanal, wobei in einer radial innenliegenden Nebenstromkanalwandung im Bereich einer Niederdruckturbine ein Ringspalt zur Einleitung von Kühlluft aus dem Nebenstromkanal ausgebildet ist.In detail, the invention relates to an aircraft gas turbine engine with a core engine and a bypass duct surrounding it, wherein in an radially inner Nebenstromkanalwandung in the region of a low-pressure turbine, an annular gap for introducing cooling air from the bypass duct is formed.
Aus dem Stand der Technik sind Konstruktionen bekannt, bei welchen mit Hilfe des Ringspalts eine permanente Gehäusekühlung der Niederdruckturbine sowie der zugeordneten Bauelemente erfolgt, um durch eine gezielte Kühlung den Schaufelspitzenspalt der Niederdruckturbine zu beeinflussen und das Gehäuse kühlen zu können. Dabei ist es bekannt, eine permanente Gehäusekühlung vorzusehen, bei welcher Kühlluft um den gesamten Umfang der Gehäuseabdeckung (Fairings) der Niederdruckturbine zugeführt wird. Dieser Ringspalt ist durch seine Bauart bedingt immer geöffnet, es findet keine Mengenregelung der Kühlluft statt. Bedingt durch die Ausgestaltung der Einlassöffnung des Ringspalts wird die Strömung im Nebenstromkanal nicht oder nur unwesentlich beeinflusst.From the prior art constructions are known in which by means of the annular gap a permanent housing cooling of the low-pressure turbine and the associated components takes place in order to influence by targeted cooling the blade tip gap of the low-pressure turbine and to cool the housing can. It is known to provide a permanent housing cooling, in which cooling air is supplied to the entire circumference of the housing cover (fairings) of the low-pressure turbine. This annular gap is due to its design always open, there is no volume control of the cooling air instead. Due to the design of the inlet opening of the annular gap, the flow in the bypass duct is not or only insignificantly influenced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluggasturbinentriebwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem durch Veränderungen der Luftführung durch den Ringspalt eine Steuerung oder Regelung des Kühlluftvolumens, welches dem Gehäuse der Niederdruckturbine zugeführt wird, möglich ist.The invention has for its object to provide an aircraft gas turbine engine of the type mentioned, in which by changes in the air flow through the annular gap, a control or regulation of the cooling air volume, which is supplied to the housing of the low-pressure turbine is possible.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of claim 1, the dependent claims show further advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in dem Ringspalt ein Ringspaltverschlusselement angeordnet ist, welches bevorzugt als axial verstellbares Ringelement ausgebildet ist. Dieses ist über einen Hebelantrieb mit einem an einer radial außenliegenden Nebenstromkanalwandung angeordneten Aktuator gekoppelt.According to the invention it is thus provided that an annular gap closure element is arranged in the annular gap, which is preferably designed as an axially adjustable ring element. This is coupled via a lever drive with a arranged on a radially outer Nebenstromkanalwandung actuator.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ringelements ist es somit möglich, ein Ringspaltverschlusselement zu realisieren, welches gezielt geöffnet oder geschlossen werden kann, um das erforderliche Kühlluftvolumen aus dem Nebenstromkanal zu entnehmen und insbesondere dem Gehäuse der Niederdruckturbine zuzuführen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es dabei insbesondere möglich, die für das Durchströmen des Ringkanals anliegende Luft um das Gehäuse des Kerntriebwerks und dabei insbesondere der Niederdruckturbine entlang des Ringspalts zu leiten.With the aid of the ring element according to the invention, it is thus possible to realize an annular gap closure element which can be selectively opened or closed to remove the required cooling air volume from the bypass duct and in particular to supply the housing of the low-pressure turbine. With the aid of the embodiment according to the invention, it is possible, in particular, to guide the air applied for the passage of the annular channel around the housing of the core engine and in particular the low-pressure turbine along the annular gap.
Erfindungsgemäß ist somit erstmals eine Möglichkeit geschaffen worden, für einen Ringspalt mit geringem Bauraum in einer Blechumgebung, insbesondere im Bereich der Flugtriebwerksgehäuseabdeckung ein moduliertes Ringspaltverschlusselement zu schaffen. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, die Leistung des Flugtriebwerks deutlich zu steigern, da der Spalt zwischen den Schaufeln der Niederdruckturbine und dem Gehäuse präzise eingestellt werden kann. Dies kann zu einer Leistungssteigerung der Fluggasturbine zwischen 0,3% und 0,7% führen.According to the invention, a possibility has thus been created for the first time of creating a modulated annular gap closure element for an annular gap with a small installation space in a sheet-metal environment, in particular in the area of the aircraft engine housing cover. This makes it possible according to the invention to significantly increase the performance of the aircraft engine, since the gap between the blades of the low-pressure turbine and the housing can be precisely adjusted. This can lead to an increase in performance of the aircraft gas turbine between 0.3% and 0.7%.
In besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hebelantrieb mehrere, um den Umfang verteilt angeordnete Hebel umfasst. Mittels der Hebel und des Hebelantriebs ist es somit möglich, das Ringelement nicht nur zu bewegen, um den Ringspalt zu öffnen oder zu schließen, sondern auch das Ringelement selbst zu lagern. Das Ringelement ist somit konzentrisch zum Ringspalt aufgehängt und kann durch die Hebelbewegung stufenlos verstellt werden. Die Öffnungs- und Schließbewegung des Ringelements kann in einfacher Weise durch Ansteuerung eines der Hebel erfolgen. Durch eine Drehung des Hebels um dessen konstruktiv vorgegebene Drehachse kann somit die Bewegung des Hebels auf das Ringelement übertragen werden, welches somit den Ringspalt öffnet oder schließt.In a particularly favorable embodiment of the invention, it is provided that the lever drive comprises a plurality of levers distributed around the circumference. By means of the lever and the lever drive, it is thus possible not only to move the ring member to open or close the annular gap, but also to store the ring element itself. The ring element is thus suspended concentrically to the annular gap and can be adjusted continuously by the lever movement. The opening and closing movement of the ring element can be done in a simple manner by driving one of the levers. By a rotation of the lever about its structurally predetermined axis of rotation thus the movement of the lever can be transmitted to the ring member, which thus opens or closes the annular gap.
In Abhängigkeit von der konstruktiven Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß möglich, das Ringelement nicht nur in Axialrichtung zu verschieben, um den Ringspalt zu öffnen oder zu schließen, sondern auch in vorgegebenem Maße in Umfangsrichtung zu verdrehen. Hierdurch ergibt sich eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Ringspaltverschlusselements. Das Ringelement kann sich somit sowohl um seine Mittelachse drehen, als auch längs der Triebwerksachse axial verschieben.Depending on the structural design, it is inventively possible not only to move the ring member in the axial direction to open or close the annular gap, but also to rotate in a predetermined extent in the circumferential direction. This results in a structurally simple embodiment of the annular gap closure element. The ring element can thus rotate both about its central axis, as well as move axially along the engine axis.
Der Hebelantrieb kann starre oder elastisch flexible Hebel umfassen (sheet metal lever). Durch eine derartige Ausgestaltung ist es möglich, Bewegungen, die sich aus der Lagerung der Hebel oder des Antriebs des Hebels ergeben, zwischen dem Ringelement und dem Hebel zu kompensieren. Dies ist insbesondere bei sphärischen Buchsen zwischen dem Ringelement und dem Hebel von besonderem Vorteil.The lever drive may comprise rigid or elastically flexible levers (sheet metal lever). By such a configuration, it is possible to compensate for movements resulting from the storage of the lever or the drive of the lever, between the ring member and the lever. This is particularly advantageous in the case of spherical bushes between the ring element and the lever.
Das Ringelement ist in günstiger Ausgestaltung der Erfindung aus einem Blechmaterial gefertigt und weist bevorzugterweise einen U-förmigen Querschnitt auf. Somit kann das Ringelement mit geringem Gewicht hergestellt werden und ist konstruktiv an die jeweiligen Einbausituationen anpassbar.The ring element is made in a favorable embodiment of the invention of a sheet metal material and preferably has a U-shaped cross section. Thus, the ring element can be manufactured with low weight and is structurally adaptable to the respective installation situations.
Um die Bewegung des Ringelements präzise steuern zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Endpositionen des Ringelements einstellbar sind. Dies kann durch zumindest ein axiales Anschlagelement oder durch zumindest ein Begrenzungselement erfolgen, welches eine Drehung in Umfangsrichtung begrenzt.In order to be able to control the movement of the ring element precisely, it is advantageous if the end positions of the ring element are adjustable. This can be done by at least one axial stop element or by at least one limiting element which limits rotation in the circumferential direction.
Das Ringelement kann so ausgebildet sein, dass es auch im geschlossenen Zustand einen vorgegebenen Kühlluftstrom durch den Ringspalt strömen lässt, beispielsweise durch Ausnehmungen in dem Ringelement, so dass eine permanente Luftkühlung für das Gehäuse der Niederdruckturbine und andere Bauelemente möglich ist.The ring element can be designed so that it can flow in the closed state, a predetermined cooling air flow through the annular gap, for example by recesses in the ring member, so that a permanent air cooling for the housing of the low-pressure turbine and other components is possible.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die Lagerung des Ringelements mittels der Hebel sowie den Hebelantrieb so auszubilden, dass das durch das Ringelement gebildete Ringspaltverschlusselement sich durch die Elastizität der gesamten Anordnung selbsttätig in den jeweiligen Ausgangszustand zurückstellt, welcher, in Abhängigkeit von der Bauart, geöffnet oder geschlossen sein kann.Furthermore, it is possible according to the invention, the storage of the ring member by means of the lever and the lever drive in such a way that the annular gap closure element formed by the ring member automatically resets by the elasticity of the entire arrangement in the respective initial state, which, depending on the type, open or can be closed.
Der konstruktiv einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Ringspaltverschlusselements ermöglicht es, dieses auch im Hochtemperaturbereich einzusetzen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Ringspaltverschlusselement mit einer sehr geringen Teileanzahl realisiert werden kann, wodurch sich die Herstellungskosten und die Fehleranfälligkeit reduzieren lassen.The structurally simple design of the annular gap closure element according to the invention makes it possible to use this also in the high temperature range. Another advantage of the solution according to the invention is that the annular gap closure element can be realized with a very small number of parts, whereby the manufacturing costs and the susceptibility to failure can be reduced.
Der Antrieb des erfindungsgemäßen Ringspaltelements, welcher durch eine Ansteuerung zumindest eines Hebels erfolgt, umfasst bevorzugterweise eine radial angeordnete Welle, welche sich durch den Nebenstromkanal erstreckt. Außerhalb einer äußeren Nebenstromkanalwandung ist bevorzugterweise ein Aktuator angeordnet, welcher die Welle über ein geeignetes Gestänge oder über Kipphebel antreibt. Der Aktuator kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch ausgebildet sein. Es sind erfindungsgemäß auch andere Varianten zum Antrieb des Ringspaltverschlusselements und zur Drehung der Welle möglich. Die Welle ist bevorzugterweise in einer Nebenstromleitungsverkleidung angeordnet, so dass die Strömung durch den Nebenstromkanal nicht beeinträchtigt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebs ist eine variable Steuerung der Bewegung des Ringelements und damit der Öffnung des Ringspaltverschlusselements möglich.The drive of the annular gap element according to the invention, which is effected by a control of at least one lever, preferably comprises a radially arranged shaft which extends through the bypass duct. Outside an outer Nebenstromkanalwandung an actuator is preferably arranged, which drives the shaft via a suitable linkage or rocker arm. The actuator may be electrically, hydraulically or pneumatically formed. Other variants for driving the annular gap closure element and for rotating the shaft are also possible according to the invention. The shaft is preferably arranged in a bypass duct panel, so that the flow through the bypass duct is not affected. Due to the inventive design of the drive, a variable control of the movement of the ring member and thus the opening of the annular gap closure element is possible.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of an embodiment in conjunction with the drawing. Showing:
Das Gasturbinentriebwerk
Der Mitteldruckkompressor
Die Turbinenabschnitte
Die
Im Bereich des Ringspalts
Das Ringelement
Die Welle
Radial außerhalb der außenliegenden Nebenstromkanalwandung
Das Bezugszeichen
Die
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- TriebwerksachseEngine axis
- 1010
- Gasturbinentriebwerk/KerntriebwerkGas turbine engine / core engine
- 1111
- Lufteinlassair intake
- 1212
- Fanfan
- 1313
- Mitteldruckkompressor (Verdichter)Medium pressure compressor (compressor)
- 1414
- HochdruckkompressorHigh pressure compressor
- 1515
- Brennkammercombustion chamber
- 1616
- HochdruckturbineHigh-pressure turbine
- 1717
- MitteldruckturbineIntermediate pressure turbine
- 1818
- NiederdruckturbineLow-pressure turbine
- 1919
- Abgasdüseexhaust nozzle
- 2020
- Leitschaufelnvanes
- 2121
- KerntriebwerksgehäuseCore engine casing
- 2222
- KompressorlaufschaufelnCompressor blades
- 2323
- Leitschaufelnvanes
- 2424
- TurbinenrotorschaufelnTurbine rotor blades
- 2525
- NebenstromkanalBypass duct
- 2626
- Kompressortrommel oder -scheibeCompressor drum or disc
- 2727
- TurbinenrotornabeTurbinenrotornabe
- 2828
- Auslasskonusoutlet cone
- 2929
- innenliegende Nebenstromkanalwandunginternal Nebenstromkanalwandung
- 3030
- Ringspaltannular gap
- 3131
- Ringelement (Verschlusselement)Ring element (closure element)
- 3232
- außenliegende Nebenstromkanalwandungexternal bypass duct wall
- 3333
- Aktuatoractuator
- 3434
- Hebellever
- 3535
- Wellewave
- 3636
- axiales Anschlagelementaxial stop element
- 3737
- Lagercamp
- 3838
- Dichtungsanordnungsealing arrangement
- 3939
- Begrenzungselementlimiting element
- 4040
- Lagercamp
- 4141
- Bolzenbolt
- 4242
- Wellenverzahnungshaft splines
- 4343
- Lagercamp
- 4444
- Lageraufnahmebearing seat
- 4545
- Ausnehmungrecess
- 4646
- Kopplungselementcoupling element
- 4747
- Einlaufkanteleading edge
- 4848
- Bolzenbolt
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015206088.8A DE102015206088A1 (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Aircraft gas turbine engine with annular gap closure element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015206088.8A DE102015206088A1 (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Aircraft gas turbine engine with annular gap closure element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015206088A1 true DE102015206088A1 (en) | 2016-10-06 |
Family
ID=56937075
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015206088.8A Ceased DE102015206088A1 (en) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | Aircraft gas turbine engine with annular gap closure element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015206088A1 (en) |
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- 2015-04-02 DE DE102015206088.8A patent/DE102015206088A1/en not_active Ceased
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