DE102019116954A1 - Device and method for setting a gap height - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer Spalthöhe (H) zwischen den Spitzen von Schaufeln (41) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) und einem die Schaufeln (41) umgebenden Gehäuse (42) in einem Gasturbinentriebwerk (10), gekennzeichnet durcheine Mehrzahl von Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), die jeweils an einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) am und / oder im Gehäuse (42) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) des Gasturbinentriebwerks (10) angeordnet sind,wobei die Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) so eingerichtet und ausgebildet sind, dass damit ein Anstreifen einer rotierenden Schaufel der Turbinenstufe (17, 19) und / oder der Kompressorstufe (14, 15) anhand mindestens eines Körperschallsignals (K) detektierbar ist undeiner Mess- und Steuereinheit (5), mit der anhand des mindestens einen Körperschallsignals (K) der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln (41) am Gehäuse (42) ermittellbar ist undin Abhängigkeit davon mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) aktivierbar ist, die dem mindestens einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe (H) lokal auf einen Sollwert einstellbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Einstellung der Spalthöhe (H).The invention relates to a device for setting a gap height (H) between the tips of blades (41) of a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) and a housing (42) surrounding the blades (41) a gas turbine engine (10), characterized by a plurality of structure-borne noise sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), each of which is located on a sector (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 ) are arranged on and / or in the housing (42) of a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) of the gas turbine engine (10), the structure-borne noise sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a , 3a, 4a) are set up and designed in such a way that a rubbing of a rotating blade of the turbine stage (17, 19) and / or the compressor stage (14, 15) can be detected using at least one structure-borne noise signal (K) and a measuring and control unit ( 5), which uses the at least one structure-borne noise signal (K) to determine the geometric location of the rubbing against the spit zen of the blades (41) on the housing (42) can be determined and, depending on this, at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) can be activated which corresponds to the at least one sector (A1, A2, A3 , A4, A5, A6, A7, A8) so that the gap height (H) can be adjusted locally to a target value. The invention also relates to a method for adjusting the gap height (H).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einstellung einer Spalthöhe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Einstellung einer Spalthöhe nach den Merkmalen des Anspruchs 11.The present disclosure relates to a device for setting a gap height with the features of claim 1 and a method for setting a gap height according to the features of claim 11.

Gasturbinentriebwerke von Flugzeugen weisen dann eine besonders hohe Effizienz auf, wenn die einströmende Luftströmung die Schaufeln der Kompressorstufen und / oder Turbinenstufen anströmt und nicht zwischen den Spalten zwischen den Schaufelspitzen und dem umgebenden Gehäuse. Die sogenannte Spalthöhe (tip clearance) ist daher möglichst klein zu halten. Dazu sind Vorichtungen aus dem Stand der Technik bekannt, die als tip clearance control bezeichnet werden. Es ist auch bekannt, das Anstreifen von Schaufeln an einem sie umgebenden Gehäuse zu detektieren (z.B. WO 2008 / 060164 A1 , DE 32 31 587 A1 ), womit u.a. auch eine Einstellung der Spalthöhe möglich ist.Aircraft gas turbine engines are particularly efficient when the inflowing air flow hits the blades of the compressor stages and / or turbine stages and not between the gaps between the blade tips and the surrounding housing. The so-called tip clearance should therefore be kept as small as possible. For this purpose, devices are known from the prior art, which are referred to as tip clearance control. It is also known to detect the rubbing of blades on a housing surrounding them (e.g. WO 2008/060164 A1 , DE 32 31 587 A1 ), with which, among other things, an adjustment of the gap height is possible.

Es besteht die Aufgabe, effiziente Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, die für die Einstellung der Spalthöhe geeignet sind.The object is to provide efficient devices and methods that are suitable for adjusting the gap height.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt.According to a first aspect, a device having the features of claim 1 is provided.

Dazu wird eine Mehrzahl von Körperschallsensoren verwendet, die jeweils einem Sektor am und / oder im Gehäuse einer Turbinenstufe und / oder einer Kompressorstufe des Gasturbinentriebwerks angeordnet sind. Unter einem Sektor wird hier ein Bereich des Gehäuses, insbesondere der Gehäusewandung verstanden, in dem ein zugeordneter Körperschallsensor bevorzugt Körperschallsignale empfangen kann.For this purpose, a plurality of structure-borne noise sensors are used, each of which is arranged in a sector on and / or in the housing of a turbine stage and / or a compressor stage of the gas turbine engine. A sector is understood here to mean a region of the housing, in particular the housing wall, in which an assigned structure-borne sound sensor can preferably receive structure-borne sound signals.

Die Körperschallsensoren sind dabei so eingerichtet und ausgebildet, dass damit ein Anstreifen einer rotierenden Schaufel der Turbinenstufe und / oder der Kompressorstufe anhand mindestens eines Körperschallsignals detektierbar ist. Der gemessene Frequenzbereich wird hängt insbesondere von den Resonanzfrequenzen ab, die angeregt werden.The structure-borne noise sensors are set up and designed in such a way that a rubbing against a rotating blade of the turbine stage and / or the compressor stage can be detected using at least one structure-borne noise signal. The measured frequency range depends in particular on the resonance frequencies that are excited.

Ferner ist mit einer Mess- und Steuereinheit anhand des mindestens einen erfassten Körperschallsignals der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln am Gehäuse ermittellbar und in Abhängigkeit davon ist mindestens eine Temperiervorrichtung aktivierbar, die dem mindestens einem Sektor zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe lokal auf einen Sollwert einstellbar ist.Furthermore, with a measuring and control unit based on the at least one detected structure-borne noise signal, the geometric location of the brushing of the tips of the blades on the housing can be determined and depending on this, at least one temperature control device can be activated which is assigned to the at least one sector, so that the gap height is localized a setpoint can be set.

Durch die geometrisch bestimmte Anordnung der Körperschallsensoren ist eine Lokalisierung der Anstreifereignisse im Gasturbinentriebwerk möglich, ohne dass eine direkte Messung der Spalthöhe erfolgt. Die Mess- und Steuereinheit, z.B. ein Rechner, der im Gasturbinentriebwerk angeordnet ist, kann dann gezielt für diesen Sektor eine Temperierung einleiten. Je nach dem gewünschten Ergebnis, kann dabei z.B. mehr oder weniger gekühlt oder geheizt werden, um die Spalthöhe in dem Sektor des Gehäuses gezielt einzustellen.The geometrically determined arrangement of the structure-borne noise sensors enables the rubbing events in the gas turbine engine to be localized without the gap height being measured directly. The measuring and control unit, e.g. a computer that is arranged in the gas turbine engine can then initiate temperature control specifically for this sector. Depending on the desired result, e.g. be more or less cooled or heated in order to adjust the gap height in the sector of the housing.

In einer Ausführungsform kann die mindestens eine Temperiervorrichtung jeweils ein regelbares Ventilsystem für Luft als Temperiermedium zum Kühlen oder Erwärmen aufweisen. Das Ventilsystem wird dabei von der Mess- und Steuereinheit angesprochen. Warme Luft kann z.B. im Betrieb einem der heißen Bereich innerhalb des Gasturbinentriebwerks entnommen werden. Kühlluft kann im Betrieb aus einem Bypasskanal oder dem Verdichter entnommen werden, bei Bedarf wird diese Luft zuvor gekühlt werden.In one embodiment, the at least one temperature control device can each have a controllable valve system for air as the temperature control medium for cooling or heating. The valve system is addressed by the measuring and control unit. Warm air can e.g. taken from one of the hot areas within the gas turbine engine during operation. Cooling air can be taken from a bypass duct or the compressor during operation; this air is cooled beforehand if necessary.

In einer Ausführung weisen die Körperschallsensoren jeweils ein Piezoelement, insbesondere ein piezoelektrisches und / oder ein piezoresistives Element auf. Auch Dehnungsmesstreifen können verwendet werden. Diese Bauformen sind hinreichend robust für den Einsatz in einem Flugzeugtriebwerk.In one embodiment, the structure-borne noise sensors each have a piezo element, in particular a piezoelectric and / or a piezoresistive element. Strain gauges can also be used. These designs are sufficiently robust for use in an aircraft engine.

Für die Anordnung der Körperschallsensoren und der anderen Einheiten am / oder im Gehäuse sind unterschiedliche Varianten denkbar, die auch miteinander kombiniert werden können. So können z.B. die Sektoren, die Körperschallsensoren und / oder mindestens zwei Temperiervorrichtungen regelmäßig um den Umfang des Gehäuses angeordnet sein. Damit kann ermittelt werden, in welcher Winkelstellung einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Flugzeugtriebwerks ein Anstreifereignis eintritt.For the arrangement of the structure-borne noise sensors and the other units on / or in the housing, different variants are conceivable, which can also be combined with one another. E.g. the sectors, the structure-borne noise sensors and / or at least two temperature control devices can be arranged regularly around the circumference of the housing. It can thus be determined in which angular position of a plane perpendicular to the axis of rotation of the aircraft engine a rubbing event occurs.

Alternativ oder zusätzlich können die Sektoren, die Körperschallsensoren und / oder die mindestens zwei Temperiervorrichtungen axial entlang des Gehäuses angeordnet sein. Damit ist erkennbar, ob ein Anstreifereignis weiter vorne oder weiter hinten im Gasturbinentriebwerk eintritt.Alternatively or additionally, the sectors, the structure-borne noise sensors and / or the at least two temperature control devices can be arranged axially along the housing. It can thus be seen whether a rubbing event occurs further forward or further back in the gas turbine engine.

Wenn die beiden Anordnungsmöglichkeiten miteinander kombiniert werden, ist es möglich, eine dreidimensionale räumliche Zuordnung der Anstreifereignisse zu erhalten, um damit eine gezielte Einstellung der Spalthöhe zu ermöglichen.If the two possible arrangements are combined with one another, it is possible to obtain a three-dimensional spatial allocation of the rubbing events in order to enable a targeted adjustment of the gap height.

In einer Ausführungsform weist die Mess- und Steuereinheit ein Mittel zur Analyse des Frequenzspektrums des mindestens einen Körperschallsignals und / oder zur Erfassung der Drehzahl der Turbinenstufe und / oder der Kompressorstufe auf. Mit einer Fourier-Transformation kann z.B. das für das Anstreifen charakteristische Spektrum ermittelt werden.In one embodiment, the measuring and control unit has a means for analyzing the frequency spectrum of the at least one structure-borne noise signal and / or for detecting the speed of the turbine stage and / or the compressor stage. With a Fourier transformation, e.g. the spectrum characteristic of the grazing can be determined.

Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass die Mess- und Steuereinheit ein Modell zur Einstellung der Spalthöhe aufweist, das die Drehzahl einer Turbinenstufe und / oder Kompressorstufe, eine Temperatur, insbesondere eine Eingangstemperatur einer Turbinenstufe, einen Druck, insbesondere einen Eingangsdruck einer Turbinenstufe, eine Ventilstellung der mindestens einen Temperiervorrichtung, die Anzahl der Schaufeln einer Turbinenstufe und / oder Kompressorstufe, Materialausdehnungskoeffizienten einer Schaufel und / oder des Gehäuses und / oder Wärmeaustauschflächen berücksichtigt. Die genannten Parameter haben jeweils einen Einfluss auf die Spalthöhe, so dass Informationen dazu in dem Modell verwendet werden können, eine besonders effiziente Temperierung vorzunehmen. So kann z.B. ein Temperaturanstieg an einer Stelle des Gasturbinentriebwerks anzeigen, dass ein Anstreifvorgang bevorsteht, so dass die Temperiervorrichtung schneller eingreifen kann, wenn der Anstreifvorgang dann eintrittIt is in particular also possible that the measuring and control unit has a model for setting the gap height, which the speed of a turbine stage and / or compressor stage, a temperature, in particular an inlet temperature of a turbine stage, a pressure, in particular an inlet pressure of a turbine stage, a Valve position of the at least one temperature control device, the number of blades of a turbine stage and / or compressor stage, material expansion coefficients of a blade and / or the housing and / or heat exchange surfaces are taken into account. The parameters mentioned each have an influence on the gap height, so that information in the model can be used to carry out particularly efficient temperature control. For example, a temperature rise at one point on the gas turbine engine can indicate that a scraping process is imminent, so that the temperature control device can intervene more quickly when the scraping process then occurs

Die Mess- und Steuereinheit kann in einer Ausführungsform ein adaptives Mittel zur Einstellung der Spalthöhe aufweisen, das die mindestens eine Temperiervorrichtung so aktiviert, bis kein Körperschallsignal (da kein Anstreifen vorliegt) oder ein vordefiniertes (z.B. gerade noch tolerierbares) Körperschallsignal detektierbar ist. Mit dem adaptiven Mittel kann die Spalthöhe im Testbetrieb oder auch im Betrieb auf ein vorbestimmtes Maß eingestellt werden. So kann z.B. mit dem adaptiven Mittel die Spalthöhe lokal so eingestellt werden, dass eine vorgegebene Geometrie des Spaltes, insbesondere die Querschnittsfläche eines Kreisrings um den Umfang herum und / oder in axialer Erstreckung erreicht wird. Das kann z.B. mit Hilfe eines maschinellen Lernalgorithmus auf der Grundlage vorheriger, gelernter Anstreifungen bei den dabei gegebenen Zustandsvariablen geschehen.In one embodiment, the measuring and control unit can have an adaptive means for adjusting the gap height, which activates the at least one temperature control device until no structure-borne sound signal (because there is no rubbing) or a predefined (e.g. just tolerable) structure-borne sound signal can be detected. With the adaptive means, the gap height can be set to a predetermined level in test operation or also in operation. E.g. with the adaptive means, the gap height can be adjusted locally so that a predetermined geometry of the gap, in particular the cross-sectional area of a circular ring around the circumference and / or in the axial extent, is achieved. This can e.g. with the help of a machine learning algorithm on the basis of previous, learned attempts at the given state variables.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.The object is also achieved by a method having the features of claim 11.

In einem ersten Schritt erfasst eine Mehrzahl von Körperschallsensoren, die jeweils einem Sektor am und / oder im Gehäuse einer Turbinenstufe und / oder einer Kompressorstufe des Gasturbinentriebwerks zugeordnet sind, das Anstreifen einer rotierenden Schaufel der Turbinenstufe und / oder der Kompressorstufe anhand mindestens eines Körperschallsignals.In a first step, a plurality of structure-borne noise sensors, each assigned to a sector on and / or in the housing of a turbine stage and / or a compressor stage of the gas turbine engine, detect the rubbing of a rotating blade of the turbine stage and / or the compressor stage using at least one structure-borne noise signal.

Daraus kann anschließend der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln am Gehäuse durch eine Mess- und Steuereinheit ermittelt werden.From this, the geometric location of the contact between the tips of the blades and the housing can then be determined by a measuring and control unit.

In Reaktion darauf kann dann mindestens eine Temperiervorrichtung aktiviert werden, die mindestens einem Sektor zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe lokal auf einen Sollwert eingestellt wird.In response to this, at least one temperature control device can then be activated which is assigned to at least one sector, so that the gap height is set locally to a target value.

Die Mess- und Steuereinheit kann dabei z.B. ein Frequenzspektrum des mindestens einen Körperschallsignals berechnen und / oder die Drehzahl der Turbinenstufe und / oder der Kompressorstufe ermitteln.The measuring and control unit can e.g. calculate a frequency spectrum of the at least one structure-borne sound signal and / or determine the speed of the turbine stage and / or the compressor stage.

In einem Modell kann die Mess- und Steuereinheit in einer Ausführungsform zur Einstellung der Spalthöhe eine Reihe von Parametern verwenden, wie z.B. die Drehzahl einer Turbinenstufe und / oder Kompressorstufe, eine Temperatur, insbesondere eine Eingangstemperatur einer Turbinenstufe, einen Druck, insbesondere einen Eingangsdruck einer Turbinenstufe, eine Ventilstellung der mindestens einen Temperiervorrichtung, die Anzahl der Schaufeln einer Turbinenstufe und / oder Kompressorstufe, Materialausdehnungskoeffizienten einer Schaufel und / oder des Gehäuses und / oder Wärmeaustauschflächen.In one model, the measuring and control unit in one embodiment can use a number of parameters to adjust the gap height, such as e.g. the speed of a turbine stage and / or compressor stage, a temperature, in particular an inlet temperature of a turbine stage, a pressure, in particular an inlet pressure of a turbine stage, a valve position of the at least one temperature control device, the number of blades of a turbine stage and / or compressor stage, material expansion coefficient of a blade and / or the housing and / or heat exchange surfaces.

Mit einem adaptiven Mittel zur Einstellung der Spalthöhe kann die Mess- und Steuereinheit die mindestens eine Temperiervorrichtung so aktivieren, bis gerade kein Körperschallsignal oder ein vordefiniertes Körperschallsignal detektiert wird. Insbesondere kann mit Hilfe des adaptiven Mittels die Spalthöhe lokal so eingestellt werden, dass eine vorgegebene Geometrie des Spaltes, insbesondere eine Querschnittsfläche eines Kreisrings um den Umfang herum und / oder in axialer Erstreckung einstellbar ist. Dazu kann z.B. ein maschinellen Lernalgorithmus dienen, der die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Parametern (z.B. den oben genannten) erfasst und so automatisch über ein Modell mit den Einflussparametern, die Spalthöhe vorhersagt.With an adaptive means for adjusting the gap height, the measuring and control unit can activate the at least one temperature control device until no structure-borne sound signal or a predefined structure-borne sound signal is detected. In particular, with the aid of the adaptive means, the gap height can be set locally so that a predetermined geometry of the gap, in particular a cross-sectional area of a circular ring, can be set around the circumference and / or in the axial extent. For this purpose, e.g. A machine learning algorithm is used that records the relationships between different parameters (e.g. the above) and thus automatically predicts the gap height using a model with the influencing parameters.

Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk, z.B. ein Flugzeugtriebwerk, beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Kerntriebwerk umfassen, das eine Turbine, eine Brennervorrichtung, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fanschaufeln) umfassen, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist.As noted elsewhere herein, the present disclosure may apply to a gas turbine engine, e.g. an aircraft engine. Such a gas turbine engine may include a core engine comprising a turbine, a combustor, a compressor, and a core shaft connecting the turbine to the compressor. Such a gas turbine engine may include a fan (with fan blades) positioned upstream of the core engine.

Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Getriebe-Fans, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das über die Kernwelle angetrieben wird und dessen Abtrieb den Fan so antreibt, dass er eine niedrigere Drehzahl als die Kernwelle aufweist. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt über die Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und / oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich der Fan mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).Arrangements of the present disclosure may be particularly, but not exclusively, advantageous for transmission fans that are driven via a transmission. Correspondingly, the gas turbine engine can comprise a transmission which is driven via the core shaft and whose output drives the fan so that it has a lower speed than the core shaft. The input for the gearbox can be directly from the core shaft or indirectly via the core shaft, for example via a Spur shaft and / or a spur gear take place. The core shaft may be rigidly connected to the turbine and the compressor so that the turbine and the compressor rotate at the same speed (with the fan rotating at a lower speed).

Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen aufweisen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Das Kerntriebwerk kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.The gas turbine engine described and / or claimed herein can be of any suitable general architecture. For example, the gas turbine engine can have any desired number of shafts connecting the turbines and compressors, such as one, two, or three shafts. For example only, the turbine connected to the core shaft can be a first turbine, the compressor connected to the core shaft can be a first compressor and the core shaft can be a first core shaft. The core engine may further include a second turbine, a second compressor, and a second core shaft connecting the second turbine to the second compressor. The second turbine, the second compressor, and the second core shaft may be arranged to rotate at a higher speed than the first core shaft.

Bei einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, eine Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen generell ringförmigen Kanal).In such an arrangement, the second compressor can be positioned axially downstream of the first compressor. The second compressor can be arranged to receive a flow from the first compressor (for example, to receive it directly, for example via a generally annular channel).

Das Getriebe kann dahingehend ausgebildet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel). Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es lediglich von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel). Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es von einer oder mehreren Wellen angetrieben wird, beispielsweise der ersten und / oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel.The gearbox can be configured to be driven by the core shaft, which is configured to rotate (e.g. in use) at the lowest speed (e.g. the first core shaft in the example above). For example, the transmission can be designed in such a way that it is driven only by the core shaft, which is configured to rotate (for example in use) at the lowest speed (for example only by the first core shaft and not the second core shaft in the above example ). Alternatively, the transmission can be designed in such a way that it is driven by one or more shafts, for example the first and / or the second shaft in the above example.

Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine Brennvorrichtung axial stromabwärts des Fans und des Verdichters (oder der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Brennervorrichtung direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Die Brennervorrichtung kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.In a gas turbine engine as described and / or claimed herein, a combustor may be provided axially downstream of the fan and compressor (or compressors). For example, the burner device can be located directly downstream of the second compressor (for example at its outlet) if a second compressor is provided. As a further example, the flow at the outlet of the compressor can be fed to the inlet of the second turbine if a second turbine is provided. The burner device can be provided upstream of the turbine (s).

Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln handeln kann (d.h. der Anstellwinkel kann variabel sein). Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander versetzt sein.The or each compressor (for example the first compressor and the second compressor as described above) can comprise any number of stages, for example several stages. Each stage can include a series of rotor blades and a series of stator blades, which can be variable stator blades (i.e., the pitch angle can be variable). The row of rotor blades and the row of stator blades can be axially offset from one another.

Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander versetzt sein.The or each turbine (e.g. the first turbine and the second turbine as described above) can comprise any number of stages, e.g. multiple stages. Each stage can include a number of rotor blades and a number of stator blades. The row of rotor blades and the row of stator blades can be axially offset from one another.

Jede Fanschaufel kann eine radiale Spannweite aufweisen, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden, von Gas überströmten Stelle oder sich von einer Position einer Spannweite von 0 % zu einer Spitze mit einer Spannweite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann bei weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei Werten im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an der vorderen Kante (oder der axial am weitesten vorne liegenden Kante) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Fanschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.Each fan blade can have a radial span that extends from a root (or hub) at a radially inward gas overflow location or from a 0% span position to a 100% span tip. The ratio of the radius of the fan blade at the hub to the radius of the fan blade at the tip can be less than (or on the order of): 0.4, 0.39, 0.38, 0.37, 0.36, 0 , 35, 0.34, 0.33, 0.32, 0.31, 0.3, 0.29, 0.28, 0.27, 0.26 or 0.25. The ratio of the radius of the fan blade at the hub to the radius of the fan blade at the tip can be in a closed range bounded by two values in the previous sentence (i.e. the values can be upper or lower limits). These ratios can generally be referred to as the hub-to-tip ratio. The radius at the hub and the radius at the tip can both be measured at the leading edge (or the axially leading edge) of the blade. The hub-to-tip ratio, of course, relates to the portion of the fan blade overflowing with gas; H. the section that is radially outside of any platform.

Der Radius des Fans kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Fanschaufel an ihrer vorderen Kante gemessen werden. Der Durchmesser des Fans (der allgemein das Doppelte des Radius des Fans sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Fandurchmesser kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).The radius of the fan can be measured between the centerline of the engine and the tip of the fan blade at its leading edge. The diameter of the fan (which can generally be twice the radius of the fan) can be greater than (or on the order of): 250 cm (about 100 inches), 260 cm, 270 cm (about 105 inches), 280 cm (about 110 inches), 290 cm (about 115 inches), 300 cm (about 120 inches), 310 cm, 320 cm (about 125 inches), 330 cm (about 130 inches), 340 cm (about 135 inches), 350 cm, 360 cm (about 140 inches), 370 cm (about 145 inches), 380 cm (about 150 inches), or 390 cm (about 155 inches). The fan diameter can be in a closed range bounded by two of the values in the previous sentence (that is, the values can be upper or lower limits).

Die Drehzahl des Fans kann im Betrieb variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Fans mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.The speed of the fan can vary during operation. In general, the speed is lower for fans with a larger diameter. By way of non-limiting example only, the speed of the fan under constant speed conditions may be less than 2500 RPM, for example less than 2300 RPM. Merely as a further non-limiting example, the speed of the fan under constant speed conditions for an engine with a fan diameter in the range from 250 cm to 300 cm (for example 250 cm to 280 cm) in the range from 1700 rpm to 2500 rpm, for example in the range from 1800 rpm to 2300 rpm, for example in the range from 1900 rpm to 2100 rpm. Merely as a further non-limiting example, the speed of the fan under constant speed conditions for an engine with a fan diameter in the range of 320 cm to 380 cm in the range of 1200 rpm to 2000 rpm, for example in the range of 1300 rpm min to 1800 rpm, for example in the range from 1400 rpm to 1600 rpm.

Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich der Fan (mit zugehörigen Fanschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Fanschaufel mit einer Geschwindigkeit USpitze bewegt. Die von den Fanschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Fanspitzenbelastung kann als dH/USpitze 2 definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan hinweg ist und USpitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Fanspitze, beispielsweise an der vorderen Kante der Spitze, ist (die als Fanspitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Fanspitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg-1K-1/(ms-1)2 sind). Die Fanspitzenbelastung kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).When the gas turbine engine is in use, the fan (with associated fan blades) rotates about an axis of rotation. This rotation causes the tip of the fan blade to move at a speed U tip . The work done by the fan blades on the flow results in an increase in the enthalpy dH of the flow. A fan peak load can be defined as dH / U peak 2 , where dH is the enthalpy increase (e.g. the average 1-D enthalpy increase) across the fan and U peak is the (translational) speed of the fan tip, e.g. at the front edge of the tip , (which can be defined as the fan tip radius at the front edge multiplied by the angular velocity). The fan peak load at constant speed conditions can be more than (or on the order of): 0.3, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38 , 0.39, or 0.4 (all units in this section are Jkg -1 K -1 / (ms -1 ) 2 ). The fan peak load can be in a closed range bounded by two of the values in the previous sentence (ie the values can form upper or lower limits).

Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (oder in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Kerntriebwerks befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und / oder ein Fangehäuse definiert werden.Gas turbine engines in accordance with the present disclosure may have any desired bypass ratio, the bypass ratio being defined as the ratio of the mass flow rate of flow through the bypass duct to the mass flow rate of flow through the core at constant velocity conditions. In some arrangements, the bypass ratio can be more than (or on the order of): 10, 10.5, 11, 11.5, 12, 12.5, 13, 13.5, 14, 14.5, 15, 15, 5, 16, 16.5 or 17 be (lie). The bypass ratio can be in a closed range bounded by two of the values in the preceding sentence (i.e. the values can be upper or lower limits). The bypass channel can be essentially ring-shaped. The bypass duct can be located radially outside the core engine. The radially outer surface of the bypass duct can be defined by an engine nacelle and / or a fan housing.

Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Fans zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in die Brennervorrichtung) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).The total pressure ratio of a gas turbine engine described and / or claimed herein can be defined as the ratio of the back pressure upstream of the fan to the back pressure at the outlet of the super high pressure compressor (before the inlet to the burner device). As a non-limiting example, the total pressure ratio of a gas turbine engine described and / or claimed herein at constant speed may be greater than (or on the order of): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 (lie). The overall pressure ratio can be in a closed range bounded by two of the values in the preceding sentence (i.e. the values can be upper or lower limits).

Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 N kg-1s, 105 Nkg-1s, 100 Nkg-1s, 95 Nkg-1s, 90 Nkg-1s, 85 Nkg-1s oder 80 Nkg-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.The specific thrust of an engine can be defined as the net thrust of the engine divided by the total mass flow through the engine. At constant speed conditions of the specific thrust of a jet engine, which is described and / or claimed may be less than (or in the order of) 110 N kg -1 s, 105 NKG -1 s, 100 NKG -1 s, 95 NKG - 1 s, 90 Nkg -1 s, 85 Nkg -1 s or 80 Nkg -1 s (lying). The specific thrust can be in a closed range from two of the values in the previous sentence are limited (ie the values can form upper or lower limits). Such engines can be particularly efficient compared to conventional gas turbine engines.

Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und / oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 °C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 °C) bei statischem Triebwerk sein.A gas turbine engine as described and / or claimed herein can have any maximum thrust desired. As a non-limiting example only, a gas turbine described and / or claimed herein can be used to generate a maximum thrust of at least (or on the order of): 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN , 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN or 550kN. The maximum thrust can be in a closed range bounded by two of the values in the preceding sentence (i.e., the values can be upper or lower limits). The thrust referred to above may be the maximum net thrust under standard atmospheric conditions at sea level plus 15 ° C (ambient pressure 101.3 kPa, temperature 30 ° C) with a static engine.

Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zur Brennvorrichtung, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K oder 2000 K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.In use, the temperature of the flow at the inlet of the high pressure turbine can be particularly high. This temperature, which can be referred to as TET, can be measured at the exit to the combustion device, for example immediately upstream of the first turbine blade, which in turn can be referred to as a nozzle guide vane. At constant speed, the TET can be at least (or in the order of magnitude of): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K or 1650 K. The TET at constant speed can be in a closed range bounded by two of the values in the previous set (i.e., the values can be upper or lower limits). The maximum TET when the engine is in use can be at least (or in the order of magnitude): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K or 2000 K, for example. The maximum TET can be in a closed range bounded by two of the values in the preceding sentence (i.e. the values can be upper or lower limits). The maximum TET can occur, for example, in a condition of high thrust, for example in an MTO condition (MTO - maximum take-off thrust - maximum take-off thrust).

Eine Fanschaufel und / oder ein Blattabschnitt (aerofoil) einer Fanschaufel, die hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Fanschaufel und / oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und / oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Fanschaufel und / oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material, hergestellt werden. Die Fanschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Fanschaufel eine vordere Schutzkante aufweisen, die unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch eine vordere Kante kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Fanschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.A fan blade and / or aerofoil of a fan blade described and / or claimed herein can be made from any suitable material or combination of materials. For example, at least a part of the fan blade and / or the blade can be at least partly made of a composite, for example a metal matrix composite and / or a composite with an organic matrix, such as e.g. B. carbon fiber. As another example, at least a portion of the fan blade and / or the blade can be at least in part made of a metal, such as metal. A titanium-based metal or an aluminum-based material (such as an aluminum-lithium alloy), or a steel-based material. The fan blade may include at least two sections made using different materials. For example, the fan blade may have a protective leading edge made using a material that can withstand impact (e.g., from birds, ice, or other material) better than the rest of the blade. Such a leading edge can be made using titanium or a titanium-based alloy, for example. Thus, as an example only, the fan blade may have a carbon fiber or aluminum based body (such as an aluminum-lithium alloy) with a leading edge made of titanium.

Ein Fan, der hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Fanschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Fanschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Fanschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Fanschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und / oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Fanschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Fanschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und / oder mindestens ein Teil der Fanschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.A fan described and / or claimed herein may include a central portion from which the fan blades may extend, for example in a radial direction. The fan blades can be attached to the central section in any desired manner. For example, each fan blade can include a fixation device that can engage a corresponding slot in the hub (or disc). Only as an example, such a fixing device can be in the form of a dovetail, which can be inserted into a corresponding slot in the hub / disc and / or brought into engagement therewith in order to fix the fan blade to the hub / disc. As another example, the fan blades can be formed integrally with a central portion. Such an arrangement can be referred to as a blisk or a bling. Any suitable method can be used to manufacture such a blisk or bling. For example, at least a part of the fan blades can be machined from a block and / or at least a part of the fan blades can be welded, e.g. B. linear friction welding, can be attached to the hub / disc.

Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und / oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann im Betrieb eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals erlauben. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.The gas turbine engines that are described and / or claimed here may or may not be provided with a VAN (Variable Area Nozzle - nozzle with variable cross section). Such a nozzle with a variable cross section can allow the output cross section of the bypass channel to be varied during operation. The general principles of the present disclosure may apply to engines with or without a VAN.

Der Fan einer Gasturbine, die hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Fanschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Fanschaufeln, aufweisen.The fan of a gas turbine described and / or claimed here can have any desired number of fan blades, for example 16, 18, 20 or 22 fan blades.

Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und / oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und / oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.As used herein, constant speed conditions may mean the constant speed conditions of an aircraft on which the gas turbine engine is mounted. Such constant speed conditions can conventionally be defined as the conditions during the middle part of the flight, for example the conditions that the aircraft and / or the engine between (in terms of time and / or Distance) at the end of the climb and the start of the descent.

Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantgeschwindigkeitsbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantgeschwindigkeitsbedingung außerhalb dieser Bereiche beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.By way of example only, the forward speed under the constant speed condition may be at any point in the range of Mach 0.7-0.9, e.g. 0.75-0.85, e.g. 0.76-0.84, e.g. 0.77-0 .83, for example 0.78 to 0.82, for example 0.79 to 0.81, for example in the order of Mach 0.8, in the order of Mach 0.85 or in the range from 0.8 to 0, 85 lie. Any speed within these ranges can be the constant speed condition. For some aircraft, the constant speed condition outside these ranges may be below Mach 0.7 or above Mach 0.9, for example.

Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe entsprechen, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.By way of example only, the constant velocity conditions may correspond to standard atmospheric conditions at an altitude that is in the range of 10,000 m to 15,000 m, for example in the range of 10,000 m to 12,000 m, for example in the range of 10,400 m to 11,600 m (about 38,000 feet) for example in the range of 10,500 m to 11,500 m, for example in the range of 10,600 m to 11,400 m, for example in the range of 10,700 m (about 35,000 feet) to 11,300 m, for example in the range of 10,800 m to 11,200 m, for example in the range of 10,900 m to 11,100 m, for example in the order of 11,000 m. The constant velocity conditions can correspond to standard atmospheric conditions at any given altitude in these areas.

Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 °C.By way of example only, the constant speed conditions may correspond to: a forward Mach number of 0.8; a pressure of 23,000 Pa and a temperature of -55 ° C.

So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Fanbetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen der Fan (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.As they are used throughout here, “constant speed” or “constant speed conditions” can mean the aerodynamic design point. Such an aerodynamic design point (or ADP - Aerodynamic Design Point) can correspond to the conditions (including, for example, the Mach number, environmental conditions and thrust requirement) for which the fan company is designed. This can mean, for example, the conditions under which the fan (or the gas turbine engine) has the optimum efficiency according to its design.

Im Betrieb kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise zwei oder vier) Gasturbinentriebwerk(e) zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.In operation, a gas turbine engine described and / or claimed herein can be operated at the constant speed conditions defined elsewhere herein. Such constant speed conditions may be determined by the constant speed conditions (e.g., conditions during the mid-flight portion) of an aircraft to which at least one (e.g., two or four) gas turbine engine (s) may be attached to provide thrust.

Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und / oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.It will be understood by those skilled in the art that a feature or parameter described in relation to any of the above aspects can be applied to any other aspect, provided that they are not mutually exclusive. Furthermore, any feature or parameter described herein can be applied to any aspect and / or combined with any other feature or parameter described herein, if they can not mutually exclusive.

Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:

  • 1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
  • 2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
  • 3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturb i nentriebwerk;
  • 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Einstellung einer Spalthöhe um einen Umfang herum;
  • 5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform mit einer Temperierluftzuführung;
  • 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zu Einstellung der Spalthöhe entlang der axialen Erstreckung des Gasturb i nentriebwerks.
Embodiments will now be described by way of example with reference to the figures; in the figures show:
  • 1 a side sectional view of a gas turbine engine;
  • 2 Figure 3 is a side sectional close-up view of an upstream portion of a gas turbine engine;
  • 3 a partially cut-away view of a transmission for a gas turbine engine;
  • 4th a schematic view of an embodiment of a device for adjusting a gap height around a circumference;
  • 5 a schematic view of a further embodiment with a temperature control air supply;
  • 6th a schematic representation of an embodiment for setting the gap height along the axial extent of the gas turbine engine.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 und ein epizyklisches Planetengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. 1 represents a gas turbine engine 10 with a main axis of rotation 9 The gas turbine engine 10 includes an air inlet 12th and a fan 23 that creates two air streams: a core air stream A. and a bypass air flow B. . The gas turbine engine 10 includes a core 11 that is the core airflow A. records. The core engine 11 includes, in axial flow order, a low pressure compressor 14th , a high pressure compressor 15th , an incinerator 16 , a high pressure turbine 17th , a low pressure turbine 19th and a core thrust nozzle 20th . An engine nacelle 21st surrounds the gas turbine engine 10 and defines a bypass channel 22nd and a bypass thrust nozzle 18th . The bypass airflow B. flows through the bypass channel 22nd . The fan 23 is about a wave 26th and an epicyclic planetary gear 30th on the low pressure turbine 19th attached and is driven by this.

Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.In operation, the core air flow A. by the low pressure compressor 14th accelerated and compressed and in the high pressure compressor 15th where further compression takes place. The one from the high pressure compressor 15th compressed air is discharged into the incinerator 16 where it is mixed with fuel and the mixture is burned. The resulting hot combustion products then propagate through the high pressure and low pressure turbines 17th , 19th and thereby propel them before they are used to provide a certain thrust through the nozzle 20th be expelled. The high pressure turbine 17th drives the high pressure compressor 15th through a suitable connecting shaft 27 at. The fan 23 generally provides the majority of the thrust. The epicyclic planetary gear 30th is a reduction gear.

In 1 und 2 sind Schaufeln 41 der Kompressorstufen 14, 15 und der Turbinenstufen 17, 19 schematisch dargestellt. Radial nach außen werden die Schaufeln 41 von einem Gehäuse 42 umschlossen. Zwischen der Spitze der Schaufeln 41 und dem Gehäuse 42 bildet sich ein Spalt mit der Höhe H aus (siehe 2). Dieser Spalt soll möglichst klein gehalten werden. Ausführungsformen, die dies bewirken, werden weiter unten noch beschrieben.In 1 and 2 are shovels 41 of the compressor stages 14th , 15th and the turbine stages 17th , 19th shown schematically. The blades become radially outward 41 from a housing 42 enclosed. Between the tip of the blades 41 and the case 42 a gap forms with the height H off (see 2 ). This gap should be kept as small as possible. Embodiments which accomplish this are described below.

Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des epizyklischen Planetengetriebes 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 führt die Planetenräder 32 so, dass sie synchron um das Sonnenrad 28 kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt dam it.An exemplary arrangement for a geared fan gas turbine engine 10 is in 2 shown. The low pressure turbine 19th (please refer 1 ) drives the wave 26th at that with a sun gear 28 of the epicyclic planetary gear 30th is coupled. Several planet gears 32 by a planet carrier 34 are coupled to each other, are located by the sun gear 28 radially outside and mesh with it. The planet carrier 34 guides the planetary gears 32 so that they are in sync around the sun gear 28 orbit while it allows each planetary gear to move 32 can rotate around its own axis. The planet carrier 34 is about linkage 36 with the fan 23 coupled to the effect of its rotation around the engine axis 9 to drive. An outer gear or ring gear 38 that is about linkage 40 with a stationary support structure 24 is coupled, is located by the planet gears 32 radially outside and combs it.

Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht den Fan 23 umfassen) und / oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die verbindende Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.It should be noted that the terms “low-pressure turbine” and “low-pressure compressor”, as used here, can be understood to mean the turbine stage with the lowest pressure and the compressor stage with the lowest pressure, respectively (i.e. that it is not the fan 23 include) and / or the turbine and compressor stages that are driven by the connecting shaft 26th with the lowest speed in the engine (meaning that it is not the gearbox output shaft that drives the fan 23 drives, includes) are interconnected, mean. In some writings, the “low pressure turbine” and “low pressure compressor” referred to here may alternatively be known as the “medium pressure turbine” and “medium pressure compressor”. When using such alternative nomenclature, the fan 23 may be referred to as a first compression stage or the lowest pressure compression stage.

Das epizyklische Planetengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne an ihrem Umfang, um ein Kämmen mit den anderen Zahnrädern zu ermöglichen. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines epizylischen Planetengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.The epicyclic planetary gear 30th is in 3 shown in more detail as an example. The sun gear 28 who have favourited planet gears 32 and the ring gear 38 each include teeth around their circumference to enable meshing with the other gears. However, for the sake of clarity, only exemplary sections of the teeth are shown in FIG 3 shown. Although four planet gears 32 are shown, it is obvious to those skilled in the art that within the scope of the claimed invention, more or fewer planetary gears 32 can be provided. Practical applications of an epicyclic planetary gear 30th generally include at least three planetary gears 32 .

Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Planetengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird der Fan 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.This in 2 and 3 epicyclic planetary gear shown as an example 30th is a planetary gear in which the planet carrier 34 via linkage 36 is coupled to an output shaft, the ring gear 38 is fixed. However, any other suitable type of planetary gear can be used 30th be used. As another example, the planetary gear 30th be a star arrangement in which the planet carrier 34 is held fixed, allowing the ring gear (or external gear) 38 to rotate. With such an arrangement the fan becomes 23 from the ring gear 38 driven. As another alternative example, the transmission 30th be a differential gear that allows both the ring gear 38 as well as the planet carrier 34 rotate.

Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Gasturbinentriebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Gasturbinentriebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Gasturbinentriebwerks 10 (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne Weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.It goes without saying that the in 2 and 3 The arrangement shown is exemplary only and various alternatives are within the scope of the present disclosure. Any suitable arrangement for positioning the transmission can be used merely as an example 30th in the gas turbine engine 10 and / or to connect the transmission 30th with the gas turbine engine 10 be used. As another example, the connections (e.g. the linkages 36 , 40 in the example of 2 ) between the gearbox 30th and other parts of the gas turbine engine 10 (such as the input shaft 26th , the output shaft and the established structure 24 ) have some degree of rigidity or flexibility. As another example, any suitable arrangement of the Bearing between rotating and stationary parts of the gas turbine engine 10 (for example, between the input and output shafts of the transmission and the specified structures, such as the transmission housing), and the disclosure is not limited to the exemplary arrangement of FIG 2 limited. For example, it is readily apparent to a person skilled in the art that the arrangement of the output and support rods and bearing positions in a star arrangement (described above) of the transmission 30th usually by those who exemplify in 2 would differ.

Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder epizyklisch planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.Accordingly, the present disclosure extends to a gas turbine engine having any arrangement of gear types (e.g., star or epicyclic planetary), support structures, input and output shaft arrangements, and bearing positions.

Optional kann das Getriebe Neben- und / oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und / oder einen Nachverdichter) antreiben.Optionally, the transmission can drive secondary and / or alternative components (e.g. the medium-pressure compressor and / or a booster).

Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und / oder Turbinen und / oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Fanstufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.Other gas turbine engines to which the present disclosure may find application may have alternative configurations. For example, such engines can have an alternative number of compressors and / or turbines and / or an alternative number of connecting shafts. As another example, the 1 gas turbine engine shown has a split flow nozzle 20th , 22nd on, which means that the flow through the bypass duct 22nd has its own nozzle, that of the engine core nozzle 20th is separate and radially outward therefrom. However, this is not limiting and any aspect of the present disclosure may also apply to engines in which the flow is through the bypass duct 22nd and the current through the core 11 mixed or combined in front of (or upstream) a single nozzle, which may be referred to as a mixed flow nozzle. One or both nozzles (whether mixed or split flow) can have a fixed or variable range. For example, while the example described relates to a turbo engine, the disclosure may be applied to any type of gas turbine engine such as a gas turbine engine. B. in an open rotor (in which the fan stage is not surrounded by an engine nacelle) or a turboprop engine. In some arrangements, the gas turbine engine comprises 10 possibly no transmission 30th .

Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.The geometry of the gas turbine engine 10 and components thereof is or are defined by a conventional axis system that has an axial direction (that of the axis of rotation 9 aligned), a radial direction (in the direction from bottom to top in 1 ) and a circumferential direction (perpendicular to the view in 1 ) includes. The axial, radial and circumferential directions are perpendicular to one another.

Wie oben erwähnt, soll die Spalthöhe H zwischen den Spitzen der Schaufeln 41 und dem Gehäuse 42 möglichst klein gehalten werden, damit das Gasturbinentriebwerk 10 eine möglichst hohe Effizienz aufweist. Aus Gründen der Einfachheit wird das Gehäuse 42 der Kompressorstufen 14, 15 und der Turbinenstufen 17, 19 hier als eine Einheit betrachtet, wobei ggf. ein sehr viel komplexerer Aufbau erforderlich sein kann.As mentioned above, the gap height should H between the tips of the blades 41 and the case 42 be kept as small as possible so that the gas turbine engine 10 has the highest possible efficiency. For the sake of simplicity, the case is 42 of the compressor stages 14th , 15th and the turbine stages 17th , 19th considered here as a unit, although a much more complex structure may be required.

Das die Turbinenstufen 17, 19 und / oder die Kompressorstufen 14, 15 umgebende Gehäuse 42 soll in den Spaltabständen der Schaufelspitzen zum Gehäuse 42 verstellt werden, insbesondere um die Spaltabstände H zu minimieren.That the turbine stages 17th , 19th and / or the compressor stages 14th , 15th surrounding housing 42 should be in the gap between the blade tips and the housing 42 adjusted, in particular by the gap distances H to minimize.

Dabei soll der betreffende Teil des Gehäuses 42 gekühlt werden, der eine Regulierung der Spalthöhe H besonders effizient ermöglicht.The relevant part of the housing should 42 be cooled, regulating the gap height H particularly efficient.

Dazu werden im Folgenden einige Ausführungsformen beschrieben.Some embodiments are described below for this purpose.

Wenn kein Spalt zwischen der Spitze der Schaufel 41 und dem Gehäuse 42 existiert, kommt es zum sogenannten Anstreifen, d.h. es gibt einen direkten Kontakt zwischen der Spitze der Schaufel 41 und dem Gehäuse 42.When there is no gap between the tip of the shovel 41 and the case 42 exists, what is known as rubbing occurs, ie there is direct contact between the tip of the blade 41 and the case 42 .

Bei einem solchen Kontakt entsteht ein Anstreifgeräusch, das charakteristische Eigenschaften hat und z.B. anhand eines gemessenen Frequenzspektrums erkannt werden kann. Eine Auswertung kann dann gemeinsam mit der Wiederholfrequenz des Anstreifens (Drehzahl multipliziert mit der Schaufelanzahl des betreffenden Turbinenabschnittes und / oder Kompressorabschnitts) erfolgen.In the event of such a contact, a rubbing noise is generated which has characteristic properties and e.g. can be recognized on the basis of a measured frequency spectrum. An evaluation can then take place together with the repetition frequency of the rubbing (speed multiplied by the number of blades of the relevant turbine section and / or compressor section).

Das Anstreifen wird dabei auf Grund von thermischen Inhomogenitäten häufig nicht über den gesamten Umfang gleichförmig verteilt erfolgen, sondern immer an bestimmten geometrischen Orten.Owing to thermal inhomogeneities, the rubbing is often not evenly distributed over the entire circumference, but always at specific geometric locations.

Der Ort der Anstreifereignisse kann innerhalb des Gasturbinentriebwerks 10 mittels einer Auswertung der akustischen Ereignisse lokalisiert werden.The location of the grazing events can be within the gas turbine engine 10 be localized by evaluating the acoustic events.

Dazu dient eine Mehrzahl von Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4, die jeweils einem Sektor A1, A2, A3, A4 am Umfang einer Turbinenstufe 17, 19 und / oder einer Kompressorstufe 14, 15 des Gasturbinentriebwerks 10 angeordnet sind. Dies ist in 4 schematisch in einer Vorderansicht dargestellt.A plurality of structure-borne noise sensors are used for this purpose 1 , 2 , 3 , 4th each one sector A1 , A2 , A3 , A4 on the circumference of a turbine stage 17th , 19th and / or a compressor stage 14th , 15th of the gas turbine engine 10 are arranged. This is in 4th shown schematically in a front view.

Dabei zeigt der Kreis 43 die Einhüllende der Schaufeln 41 in der Idealform, wobei die Schaufeln 41 hier aus Gründen der Einfachheit nicht dargestellt sind. Mit der Spalthöhe H davon radial beabstandet liegt dann das Gehäuse 42.The circle shows 43 the envelope of the blades 41 in the ideal shape, with the blades 41 are not shown here for the sake of simplicity. With the gap height H The housing is then radially spaced from this 42 .

In der dargestellten Ausführungsform ist der Umfang des Querschnitts gleichmäßig in die vier Sektoren A1, A2, A3, A4 aufgeteilt. Diesen ist jeweils einer der Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4 zu geordnet, wobei diese so eingerichtet und ausgebildet sind, dass damit ein Anstreifen einer rotierenden Schaufel 41 der Turbinenstufe 17, 19 und / oder der Kompressorstufe 14, 15 anhand mindestens eines Körperschallsignals K detektierbar ist. In der 4 ist ein Körperschallereignis K auf Grund eines Anstreifens im Sektor A1 dargestellt. Grundsätzlich ist es möglich, dass um den Umfang herum mehr als ein Körperschallsignal K vorliegt.In the embodiment shown, the circumference of the cross section is uniform in the four sectors A1 , A2 , A3 , A4 divided up. Each of these is one of the structure-borne noise sensors 1 , 2 , 3 , 4th to arranged, these being set up and designed so that a rotating blade can rub against it 41 the turbine stage 17th , 19th and / or the compressor stage 14th , 15th based on at least one structure-borne sound signal K is detectable. In the 4th is a structure-borne noise event K due to a grazing in the sector A1 shown. In principle, it is possible that there is more than one structure-borne sound signal around the circumference K present.

Die Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4 können dabei z.B. als piezoelektrische Elemente ausgebildet sein, die sehr empfindlich auf Körperschall, d.h. Vibrationen bestimmter Frequenzen reagieren.The structure-borne sound sensors 1 , 2 , 3 , 4th can be designed as piezoelectric elements, for example, which react very sensitively to structure-borne noise, ie vibrations of certain frequencies.

Mit einer Mess- und Steuereinheit 5, z.B. einem Rechner innerhalb des Gasturbinentriebwerks 10, ist anhand des Körperschallsignals K der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln 41 am Gehäuse 42 ermittellbar. Der Körperschallsensor 1 des ersten Sektors A1 wird z.B. ein stärkeres akustisches Signal empfangen, als der gegenüberliegende Körperschallsensor 3 im Sektor A3.With a measuring and control unit 5 , e.g. a computer inside the gas turbine engine 10 , is based on the structure-borne noise signal K the locus of the brushing of the tips of the blades 41 on the housing 42 determinable. The structure-borne sound sensor 1 of the first sector A1 For example, a stronger acoustic signal is received than the opposite structure-borne sound sensor 3 in the sector A3 .

Aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen des Körperschallereignisses K zu den vier Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4 kann auf Grund der bekannten geometrischen Abmessungen der Ort des Körperschallereignisses K am Umfang des Gasturbinentriebwerks 10 bestimmt werden. So weist z.B. der an den Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4 gemessene Körperschall jeweils eine unterschiedliche Amplitudenhöhe auf. Diese ist abhängig von der Entfernung der Anstreifposition von den Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4. Aus dem Verhältnis der Signalamplituden der Körperschallsensoren zueinander kann die Position des Anstreifens auf dem Umfang des Gehäuses bestimmt werden.Due to the different distances of the structure-borne sound event K to the four structure-borne noise sensors 1 , 2 , 3 , 4th can be the location of the structure-borne noise due to the known geometric dimensions K on the perimeter of the gas turbine engine 10 to be determined. For example, the one at the structure-borne noise sensors 1 , 2 , 3 , 4th measured structure-borne noise each have a different amplitude level. This depends on the distance between the contact position and the structure-borne sound sensors 1 , 2 , 3 , 4th . The position of the rubbing on the circumference of the housing can be determined from the ratio of the signal amplitudes of the structure-borne noise sensors to one another.

Da sich die Kompressorstufen 14, 15 und die Turbinenstufen 17, 19 auch in axialer Richtung erstrecken, kann über eine axiale Anordnung von Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4 nicht nur eine Bestimmung des Anstreifereignisses in Umfangsrichtung, sondern auch alternativ oder zusätzlich in axialer Richtung erfolgen. Dies wird anhand einer Ausführungsform gemäß 6 näher erläutert werden.As the compressor stages 14th , 15th and the turbine stages 17th , 19th can also extend in the axial direction, via an axial arrangement of structure-borne sound sensors 1 , 2 , 3 , 4th not only a determination of the rubbing event in the circumferential direction, but also alternatively or additionally in the axial direction. This is based on an embodiment according to 6th are explained in more detail.

In jedem Fall wird in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Körperschallermittlung und -analyse mindestens eine Temperiervorrichtung C1, C2, C3, C4 aktiviert, die dem mindestens einem Sektor A1, A2, A3, A4 zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe H lokal auf einen Sollwert einstellbar ist.In any case, depending on the results of the structure-borne noise determination and analysis, at least one temperature control device is used C1 , C2 , C3 , C4 activated that den at least one sector A1 , A2 , A3 , A4 is assigned so that the gap height H can be set locally to a setpoint.

Durch die Auswertung von Körperschallereignissen K ist keine direkte Messung der Spalthöhe H erforderlich.By evaluating structure-borne noise events K is not a direct measurement of the gap height H required.

In 5 wird auf die Funktion der Temperiervorrichtungen C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 genauer eingegangen, wobei hier acht statt vier Sektoren A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 um den Umfang des Gehäuses 42 angeordnet sind. Die Mess- und Steuereinheit 5 und die Verbindungen zu den Sensorvorrichtungen 1, 2, 3, 4, 1a, 1b, 1c, 1c und den Temperiervorrichtungen C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt.In 5 will affect the function of the temperature control devices C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C7 , C8 more precisely, with eight instead of four sectors A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , A6 , A7 , A8 around the perimeter of the case 42 are arranged. The measuring and control unit 5 and the connections to the sensor devices 1 , 2 , 3 , 4th , 1a , 1b , 1c , 1c and the temperature control devices C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C7 , C8 are not shown here for reasons of clarity.

Dabei hat jeder Sektor A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 jeweils eine Temperiervorrichtung C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 mit einem zugeordneten Ventilsystem 7, das die jeweilige Luftzufuhr entsprechend der geforderten Temperatur in diesem Sektor C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 und damit der Dehnung oder Schrumpfung der Strukturen im Gehäuse 42 veranlassen kann. Dabei kann kalte oder warme Luft, je nach der geforderten Dehnung oder Schrumpfung, eingesetzt werden.Every sector has A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , A6 , A7 , A8 one temperature control device each C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C7 , C8 with an associated valve system 7th that the respective air supply according to the required temperature in this sector C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C7 , C8 and thus the expansion or contraction of the structures in the housing 42 can cause. Cold or warm air can be used, depending on the required expansion or contraction.

Das Gehäuse 42 wird durch die über die Ventilsysteme 7 geregelte Zufuhr kälterer Luft im Durchmesser verstellt. Mit dem Gehäusedurchmesser kann dadurch die Spalthöhe H der Turbinenschaufeln 41 zum Gehäuse 42 verstellt werden.The case 42 is through the over the valve systems 7th Regulated supply of colder air changed in diameter. With the housing diameter, the gap height can be determined H of the turbine blades 41 to the housing 42 adjusted.

In 5 ist für den Sektor A1 beispielhaft die eintretende Luft I, die über das hier nicht im Detail dargestellte Ventilsystem 7 gesteuert wird, und die austretende Luft O bezeichnet. In einer alternativen Ausführungsform kann die austretende Luft O über ein Ventilsystem 7 gesteuert werden.In 5 is for the sector A1 for example the incoming air I. via the valve system not shown in detail here 7th is controlled, and the exiting air O designated. In an alternative embodiment, the exiting air can O via a valve system 7th to be controlled.

Im Gehäuse 42 werden in bestimmten Abständen auf dem Umfang Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a (vorzugsweise Piezoelemente, piezoelektrische, piezoresistive Elemente oder Dehnungsmesstreifen) angeordnet.In the case 42 structure-borne noise sensors are installed at certain intervals on the circumference 1 , 2 , 3 , 4th , 1a , 2a, 3a, 4a (preferably piezo elements, piezoelectric, piezoresistive elements or strain gauges).

Der an den Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a gemessene Körperschall hat jeweils eine unterschiedliche Amplitudenhöhe. Diese ist abhängig von der Entfernung der Anstreifposition von den Körperschallsensoren. Aus dem Verhältnis der Signalamplituden der Körperschallsensoren zueinander kann die Position des Anstreifens auf dem Umfang des Gehäuses bestimmt werden.The one at the structure-borne noise sensors 1 , 2 , 3 , 4th , 1a , 2a, 3a, 4a measured structure-borne noise each has a different amplitude level. This depends on the distance between the contact position and the structure-borne sound sensors. The position of the rubbing on the circumference of the housing can be determined from the ratio of the signal amplitudes of the structure-borne noise sensors to one another.

In einer Ausführungsform kann mit einem adaptiven Algorithmus gearbeitet werden. Dabei wird der Durchmesser des Gehäuses 42 solange über die Erhöhung eines Kühlluftstroms verändert, bis in einem oder mehreren Sektoren A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 ein Anstreifen erfolgt. Wird an einer Stelle ein Anstreifvorgang wahrgenommen, d.h. es gibt ein Körperschallereignis K, dann wird die Zufuhr kälterer Luft zu dem Sektor des Gehäuseteils reduziert, so dass eine Ausdehnung dieses Gehäuseabschnittes erfolgt. Die Reduzierung der Kühlluft wird solange fortgesetzt, bis das Anstreifen unterbleibt, d.h. keine Körperschallereignisse K mehr registriert werden. Üblicherweise wird dieser Wert des Anstreifens mit den zugehörigen Zusandsgrößen abgespeichert und die Werte für die künftige Einstellung der Kühlluftströme verwendet. Es wird dann ein Wert eingestellt der einen vordefinierten Abstand zum Anstreifen einhält.In one embodiment, an adaptive algorithm can be used. This is the diameter of the case 42 as long as changed by increasing a cooling air flow until in one or more sectors A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , A6 , A7 , A8 a rubbing occurs. If a rubbing process is perceived at one point, ie there is a structure-borne noise event K , then the supply of colder air to the sector of the housing part is reduced, so that this housing section is expanded. The reduction of the cooling air is continued until the rubbing stops, ie no structure-borne sound events K more to be registered. Usually, this value of the rubbing is stored with the associated variables and the values are used for the future setting of the cooling air flows. A value is then set that maintains a predefined distance from the rubbing.

Die Vergrößerung des Gehäusedurchmessers geschieht auf der Grundlage der gelernten Daten (im Sinne eines maschinellen Lernens) aus den Systemzuständen des Gasturbinentriebwerks 10 beim Anstreifen der Spitzen der Schaufeln 41. Die Einstellungen sollen jeweils für konstante Bedingungen, speziell den Reiseflug, optimiert werden.The case diameter is enlarged on the basis of the learned data (in the sense of machine learning) from the system states of the gas turbine engine 10 when brushing the tips of the blades 41 . The settings should be optimized for constant conditions, especially cruising.

Durch die Verstellung der unterschiedlichen Sektoren A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 ist es möglich, das umgebende Gehäuse 42 „rund zu ziehen“ und damit eine zusätzliche Effizienzerhöhung zu erreichen, welche mit einer Gesamtverstellung (ein Ventil) für den kompletten Umfang des Gehäuses nicht erreichbar wäre.By adjusting the different sectors A1 , A2 , A3 , A4 , A5 , A6 , A7 , A8 it is possible the surrounding case 42 "To pull round" and thus to achieve an additional increase in efficiency, which would not be achievable with a total adjustment (one valve) for the entire circumference of the housing.

Die Ausführungsformen der Vorrichtungen und Verfahren können auch für die heißen Zonen der Kompressorstufen 14, 15 angewendet werden.The embodiments of the devices and methods can also be used for the hot zones of the compressor stages 14th , 15th be applied.

Beim Anstreifen der Spitzen der Schaufeln 41, z.B. eines Turbinenblattes an einem Rand des umgebenden Gehäuses 42 sind aufgrund der nicht genau bekannten Temperaturen die effektiven Schaufellängen und der effektive Durchmesser über dem Umfang des Gehäuses 42 nicht genau bestimmbar.When brushing the tips of the blades 41 , e.g. a turbine blade on one edge of the surrounding housing 42 are the effective blade lengths and the effective diameter over the circumference of the housing due to the not precisely known temperatures 42 not precisely determinable.

Das umgebende Gehäuse 42 (d.h. der betreffende Sektor) wird mit Kühlluft so im Durchmesser verändert, dass der Abstand zu den Schaufelspitzen minimal wird. Ein Anstreifen der Schaufeln 41 soll im Nominalbetrieb ausgeschlossen sein. Deshalb werden die Anstreifsituationen mit den gemessenen Systemzuständen des Triebwerks bewertet und die Bedingungen des erforderlichen Durchmessers des Gehäuses so beeinflusst, dass ein Anstreifen im Nominalbetrieb gerade nicht erfolgt.The surrounding case 42 (ie the sector concerned) is changed in diameter with cooling air so that the distance to the blade tips is minimal. A brush against the blades 41 should be excluded in nominal operation. Therefore, the rubbing situations are evaluated with the measured system states of the engine and the conditions of the required diameter of the housing are influenced in such a way that rubbing does not occur in nominal operation.

Das Erlernen der Anstreifsituationen bei den entsprechenden Systemzuständen (Zustandsgrößen) kann über ein gezieltes Anstreifen auf den Prüfständen oder bei Flugtests erfolgen. Diese Parameter können einmal typisch für eine Triebwerksserie ermittelt werden oder einmal für ein individuelles Gasturbinentriebwerk 10 oder wahlweise mehrmals im Leben eines individuellen Triebwerks, um dadurch den Leistungsabfall über den Alterungsprozess zu kompensieren.Learning about the rubbing situations with the corresponding system states (state variables) can take place via targeted rubbing on the test stands or during flight tests. These parameters can be determined either typically for an engine series or once for an individual gas turbine engine 10 or, alternatively, several times in the life of an individual engine, in order to compensate for the drop in performance over the aging process.

Werden Anstreifungen der Turbinen-Blattspitzen am umgebenden Gehäuse 42 erkannt, werden die Anstreifereignisse und die Anstreifintensität gemeinsam mit den Zustandsgrößen des Gasturbinentriebwerks 10 in Tabellen abgespeichert. Die Zustandsgrößen des Gasturbinentriebwerks sind zum Teil direkt über Sensoren gemessen, zum anderen Teil aus Modellen heraus berechnet.If the turbine blade tips are rubbing against the surrounding housing 42 recognized, the contact events and the contact intensity are recognized together with the state variables of the gas turbine engine 10 stored in tables. The state variables of the gas turbine engine are partly measured directly via sensors, and partly calculated from models.

Tabelleneinträge dienen zur Einstellung des notwendigen Kühlluftstromes (Ventilstellung), um bestimmte Spalthöhen H der Turbinenblattspitzen zum Gehäuse 42 zu erreichen.Table entries are used to set the necessary cooling air flow (valve position) to set certain gap heights H the turbine blade tips to the housing 42 to reach.

Die Tabelleneinträge werden bestimmt auf Grund der erkannten Anstreifungen unter Einbeziehung der zum Zeitpunkt der Anstreifungen vorhandenen Systemzustände des Gasturbinentriebwerks.The table entries are determined on the basis of the recognized stripes, taking into account the system states of the gas turbine engine that exist at the time of the strikes.

Wie oben schon erwähnt, können andere Ausführungsform auch Körperschallsignale K in axialer Richtung erfassen. In 6 ist beispielhaft und schematisch in perspektivischer Ansicht ein Teil eines Gehäuses 42 dargestellt, das z.B. rotierende Schaufeln 41 einer Turbinenstufe 17, 19 umgibt. Das Gehäuse 42 ist hier vereinfachend als Kreiszylinder dargestellt, wobei in realen Gasturbinentriebwerken 10 die Form des Gehäuses 42 regelmäßig komplexer ausgebildet istAs already mentioned above, other embodiments can also use structure-borne sound signals K capture in the axial direction. In 6th is an exemplary and schematic perspective view of part of a housing 42 shown, for example, rotating blades 41 a turbine stage 17th , 19th surrounds. The case 42 is shown here for simplicity as a circular cylinder, whereby in real gas turbine engines 10 the shape of the case 42 is regularly more complex

An dem Gehäuse 42 sind Sektoren A1, A2, A3 dargestellt, die axial hintereinander angeordnet sind. In jedem Sektor A1, A2, A3 ist ein Körperschallsensor 1, 2, 3 angeordnet, der in analoger Weise zu einer Umfangsanordung, das Auftreten von Körperschallsignalen K in axialer Richtung lokalisieren kann.On the case 42 are sectors A1 , A2 , A3 shown, which are arranged axially one behind the other. In every sector A1 , A2 , A3 is a structure-borne sound sensor 1 , 2 , 3 arranged, in an analogous manner to a circumferential arrangement, the occurrence of structure-borne noise signals K can localize in the axial direction.

Eine Kombination einer Anordnung von Körperschallsensoren 1, 2, 3, 4, 1a, 1b, 1c, 1d in Umfangsrichtung und in axialer Richtung erlaubt eine räumliche Erfassung von Körperschallsignalen K im Gasturbinentriebwerk 10. Wenn gleichzeitig auch die Temperiervorrichtungen C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8 in Umfangsrichtung und in axialer Richtung angeordnet sind (in 6 nicht dargestellt), lässt sich auch eine komplexe räumliche Erfassung und Einstellung der Spalthöhe H umsetzen,A combination of an arrangement of structure-borne sound sensors 1 , 2 , 3 , 4th , 1a , 1b , 1c , 1d in the circumferential direction and in the axial direction allows a spatial detection of structure-borne sound signals K in the gas turbine engine 10 . If at the same time also the temperature control devices C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 , C7 , C8 are arranged in the circumferential direction and in the axial direction (in 6th not shown), a complex spatial detection and adjustment of the gap height can also be carried out H implement,

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Beliebige der Merkmale können separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese.It goes without saying that the invention does not apply to the embodiments described above is limited and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. Any of the features can be used separately or in combination with any other features, provided that they are not mutually exclusive, and the disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1-4, 1a-1d1-4, 1a-1d
KörperschallsensorStructure-borne sound sensor
55
Mess- und SteuereinheitMeasuring and control unit
66th
adaptives Mitteladaptive agent
77th
Ventilsystem Valve system
99
HauptdrehachseMain axis of rotation
1010
GasturbinentriebwerkGas turbine engine
1111
KerntriebwerkCore engine
1212
LufteinlassAir inlet
1414th
NiederdruckverdichterLow pressure compressor
1515th
HochdruckverdichterHigh pressure compressor
1616
VerbrennungseinrichtungIncinerator
1717th
HochdruckturbineHigh pressure turbine
1818th
BypassschubdüseBypass thrust nozzle
1919th
NiederdruckturbineLow pressure turbine
2020th
KernschubdüseCore thruster
2121st
TriebwerksgondelEngine nacelle
2222nd
BypasskanalBypass duct
2323
Fanfan
2424
stationäre Stützstrukturstationary support structure
2626th
Wellewave
2727
VerbindungswelleConnecting shaft
2828
SonnenradSun gear
3030th
Getriebetransmission
3232
PlanetenräderPlanetary gears
3434
PlanetenträgerPlanet carrier
3636
GestängeLinkage
3838
HohlradRing gear
4040
GestängeLinkage
4141
SchaufelnShovels
4242
Gehäusecasing
4343
Einhüllende der Schaufeln (idealisiert) Envelope of the blades (idealized)
AA.
KernluftstromCore airflow
BB.
Bypassluftstrom Bypass airflow
A1-A8A1-A8
Sektor am Umfang des GehäusesSector on the perimeter of the housing
C1-C8C1-C8
Temperiervorrichtung eines Sektors Temperature control device of a sector
II.
einströmende Luft als TemperiermittelIncoming air as temperature control medium
HH
SpalthöheGap height
KK
KörperschallsignalStructure-borne sound signal
LL.
KühlluftCooling air
OO
ausströmende Luft als Temperiermitteloutflowing air as temperature control medium

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2008/060164 A1 [0002]WO 2008/060164 A1 [0002]
  • DE 3231587 A1 [0002]DE 3231587 A1 [0002]

Claims (17)

Vorrichtung zur Einstellung einer Spalthöhe (H) zwischen den Spitzen von Schaufeln (41) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) und einem die Schaufeln (41) umgebenden Gehäuse (42) in einem Gasturbinentriebwerk (10), gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), die jeweils einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) am und / oder im Gehäuse (42) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) des Gasturbinentriebwerks (10) angeordnet sind, wobei die Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) so eingerichtet und ausgebildet sind, dass damit ein Anstreifen einer rotierenden Schaufel (41) der Turbinenstufe (17, 19) und / oder der Kompressorstufe (14, 15) anhand mindestens eines Körperschallsignals (K) detektierbar ist und einer Mess- und Steuereinheit (5), mit der anhand des mindestens einen Körperschallsignals (K) der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln (41) am Gehäuse (42) ermittellbar ist und in Abhängigkeit davon mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) aktivierbar ist, die dem mindestens einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe (H) lokal auf einen Sollwert einstellbar ist.Device for setting a gap height (H) between the tips of blades (41) of a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) and a housing (42) surrounding the blades (41) in a gas turbine engine (10 ), characterized by a plurality of structure-borne noise sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), each of which is assigned to a sector (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) on and / or a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) of the gas turbine engine (10) are arranged in the housing (42), the structure-borne sound sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a ) are set up and designed so that a rubbing against a rotating blade (41) of the turbine stage (17, 19) and / or the compressor stage (14, 15) can be detected on the basis of at least one structure-borne noise signal (K) and a measuring and control unit ( 5), which uses the at least one structure-borne noise signal (K) to determine the geometric location of the rubbing against the tips of the blades (41) can be determined on the housing (42) and, depending on this, at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) can be activated, which corresponds to at least one sector (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) is assigned so that the gap height (H) can be adjusted locally to a target value. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) jeweils ein durch die Mess- und Steuereinheit (5) regelbares Ventilsystem (7) für Luft (L) als Temperiermedium zum Kühlen oder Erwärmen aufweisen.Device according to Claim 1 , characterized in that the at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) each have a valve system (7) for air (L) as the temperature control medium, which can be regulated by the measuring and control unit (5) Have cooling or heating. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) jeweils ein Piezoelement, insbesondere ein piezoelektrisches ein piezoresistives Element und / oder ein Dehnungsmesstreifen aufweisen.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the structure-borne sound sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) each have a piezo element, in particular a piezoelectric element, a piezoresistive element and / or a strain gauge. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektoren (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8), die Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) und / oder mindestens zwei Temperiervorrichtungen (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) regelmäßig um den Umfang des Gehäuses (42) angeordnet sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sectors (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8), the structure-borne noise sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a ) and / or at least two temperature control devices (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) are arranged regularly around the circumference of the housing (42). Vorrichtung nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektoren (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8), die Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a) und / oder die mindestens zwei Temperiervorrichtungen (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) axial entlang des Gehäuses (42) angeordnet sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sectors (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8), the structure-borne sound sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a ) and / or the at least two temperature control devices (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) are arranged axially along the housing (42). Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (5) ein Mittel zur Analyse des Frequenzspektrums des mindestens einen Körperschallsignals (K) und / oder zur Erfassung der Drehzahl der Turbinenstufe (17, 19) und / oder der Kompressorstufe (14, 15) aufweist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring and control unit (5) has a means for analyzing the frequency spectrum of the at least one structure-borne noise signal (K) and / or for detecting the speed of the turbine stage (17, 19) and / or the compressor stage (14, 15). Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (5) ein Modell zur Einstellung der Spalthöhe (H) aufweist, das die Drehzahl einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder Kompressorstufe (14, 15), eine Temperatur, insbesondere eine Eingangstemperatur einer Turbinenstufe (17, 19), einen Druck, insbesondere einen Eingangsdruck einer Turbinenstufe (17, 19), eine Ventilstellung der mindestens einen Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8), die Anzahl der Schaufeln einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder Kompressorstufe (14, 15), Materialausdehnungskoeffizienten einer Schaufel (41) und / oder des Gehäuses (42) und / oder Wärmeaustauschflächen berücksichtigt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring and control unit (5) has a model for setting the gap height (H), which the speed of a turbine stage (17, 19) and / or compressor stage (14, 15) , a temperature, in particular an inlet temperature of a turbine stage (17, 19), a pressure, in particular an inlet pressure of a turbine stage (17, 19), a valve position of the at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8), the number of blades of a turbine stage (17, 19) and / or compressor stage (14, 15), material expansion coefficients of a blade (41) and / or of the housing (42) and / or heat exchange surfaces are taken into account. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (5) ein adaptives Mittel (6) zur Einstellung der Spalthöhe (H) aufweist, das die mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) so aktiviert, bis kein Körperschallsignal (K) oder ein vordefiniertes Körperschallsignal (K) detektierbar ist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring and control unit (5) has an adaptive means (6) for adjusting the gap height (H), which the at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5 , C6, C7, C8) activated until no structure-borne sound signal (K) or a predefined structure-borne sound signal (K) can be detected. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem adaptiven Mittel (6) die Spalthöhe (H) lokal so einstellbar ist, dass eine vorgegebene Geometrie des Spaltes, insbesondere die Querschnittsfläche eines Kreisrings um den Umfang herum und / oder in axialer Erstreckung einstellbar ist.Device according to Claim 8 , characterized in that the gap height (H) is locally adjustable with the adaptive means (6) so that a predetermined geometry of the gap, in particular the cross-sectional area of a circular ring around the circumference and / or in the axial extent, can be set. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Mittel (6) einen maschinellen Lernalgorithmus aufweist.Device according to Claim 8 or 9 , characterized in that the adaptive means (6) has a machine learning algorithm. Verfahren zur Einstellung einer Spalthöhe (H) zwischen den Spitzen von Schaufeln (41) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) und einem die Schaufeln (41) umgebenden Gehäuse (41) in einem Gasturbinentriebwerk (10), dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Mehrzahl von Körperschallsensoren (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), die jeweils einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) am und / oder im Gehäuse (42) einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder einer Kompressorstufe (14, 15) des Gasturbinentriebwerks (10) zugeordnet sind, das Anstreifen einer rotierenden Schaufel der Turbinenstufe (17,19) und / oder der Kompressorstufe (14, 15) anhand mindestens eines Körperschallsignals (K) erfassen, b) der geometrische Ort des Anstreifens der Spitzen der Schaufeln (41) am Gehäuse (42) durch eine Mess- und Steuereinheit (5) ermittelt wird, und c) in Abhängigkeit davon mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) aktiviert wird, die mindestens einem Sektor (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) zugeordnet ist, so dass die Spalthöhe (H) lokal auf einen Sollwert eingestellt wird.Method for setting a gap height (H) between the tips of blades (41) of a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) and a housing (41) surrounding the blades (41) in a gas turbine engine (10 ), characterized in that a) a plurality of structure-borne sound sensors (1, 2, 3, 4, 1a, 2a, 3a, 4a), each of which corresponds to a sector (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 ) on and / or in the housing (42) of a turbine stage (17, 19) and / or a compressor stage (14, 15) of the gas turbine engine (10) are assigned, the rubbing of a rotating blade of the turbine stage (17, 19) and / or the compressor stage (14, 15) using at least one structure-borne noise signal (K), b) the geometric location of the contact between the tips of the blades (41) and the housing (42) is determined by a measuring and control unit (5), and c) at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5) as a function thereof , C6, C7, C8) is activated, which is assigned to at least one sector (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8) so that the gap height (H) is set locally to a target value. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) ein Frequenzspektrum des mindestens einen Körperschallsignals (K) berechnet und / oder die Drehzahl der Turbinenstufe und / oder der Kompressorstufe erfassen.Procedure according to Claim 11 , characterized in that the control unit (5) calculates a frequency spectrum of the at least one structure-borne noise signal (K) and / or detects the speed of the turbine stage and / or the compressor stage. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (5) ein Modell zur Einstellung der Spalthöhe (H) aufweist, das die Drehzahl einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder Kompressorstufe (14, 15), eine Temperatur, insbesondere eine Eingangstemperatur einer Turbinenstufe (17, 19), einen Druck, insbesondere einen Eingangsdruck einer Turbinenstufe (17, 19), eine Ventilstellung der mindestens einen Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8), die Anzahl der Schaufeln einer Turbinenstufe (17, 19) und / oder Kompressorstufe (14, 15), Materialausdehnungskoeffizienten einer Schaufel (41) und / oder des Gehäuses (42) und / oder Wärmeaustauschflächen berücksichtigt.Procedure according to Claim 11 or 12th , characterized in that the measuring and control unit (5) has a model for setting the gap height (H), the speed of a turbine stage (17, 19) and / or compressor stage (14, 15), a temperature, in particular an inlet temperature a turbine stage (17, 19), a pressure, in particular an inlet pressure of a turbine stage (17, 19), a valve position of the at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8), the number of blades a turbine stage (17, 19) and / or compressor stage (14, 15), material expansion coefficients of a blade (41) and / or of the housing (42) and / or heat exchange surfaces are taken into account. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (5) ein adaptives Mittel (6) zur Einstellung der Spalthöhe (H) aufweist, das die mindestens eine Temperiervorrichtung (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) so aktiviert, bis kein Körperschallsignal (K) oder ein vordefiniertes Körperschallsignal (K) detektierbar ist.Method according to at least one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the measuring and control unit (5) has an adaptive means (6) for adjusting the gap height (H), which the at least one temperature control device (C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8) activated until no structure-borne sound signal (K) or a predefined structure-borne sound signal (K) can be detected. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem adaptiven Mittel (6) die Spalthöhe (H) lokal so einstellbar ist, dass eine vorgegebene Geometrie des Spaltes, insbesondere eine Querschnittsfläche eines Kreisrings um den Umfang herum und / oder in axialer Erstreckung einstellbar ist.Procedure according to Claim 14 , characterized in that the gap height (H) is locally adjustable with the adaptive means (6) so that a predetermined geometry of the gap, in particular a cross-sectional area of a circular ring around the circumference and / or in the axial extent, can be set. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Mittel (6) einen maschinellen Lernalgorithmus aufweist.Procedure according to Claim 14 or 15th , characterized in that the adaptive means (6) has a machine learning algorithm. Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Kerntriebwerk (11), das eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle (26) umfasst; einen Fan (23), der stromaufwärts des Kerntriebwerks (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst; und ein Getriebe (30), das von der Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei der Fan (23) mittels des Getriebes (30) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) antreibbar ist, mit einer Vorrichtung zur Einstellung einer Spalthöhe (H) mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 10.A gas turbine engine (10) for an aircraft comprising: a core engine (11) comprising a turbine (19), a compressor (14) and a core shaft (26) connecting the turbine to the compressor; a fan (23) positioned upstream of the core engine (11), the fan (23) comprising a plurality of fan blades; and a gear (30) that can be driven by the core shaft (26), wherein the fan (23) can be driven by means of the gear (30) at a lower speed than the core shaft (26), with a device for setting a gap height ( H) with the characteristics of Claims 1 to 10 .
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