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
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.
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
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
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,
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.
-
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.
Im Betrieb wird der Kernluftstrom
In
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk
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
Das epizyklische Planetengetriebe
Das in
Es versteht sich, dass die in
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
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks
Wie oben erwähnt, soll die Spalthöhe
Das die Turbinenstufen
Dabei soll der betreffende Teil des Gehäuses
Dazu werden im Folgenden einige Ausführungsformen beschrieben.Some embodiments are described below for this purpose.
Wenn kein Spalt zwischen der Spitze der Schaufel
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
Dazu dient eine Mehrzahl von Körperschallsensoren
Dabei zeigt der Kreis
In der dargestellten Ausführungsform ist der Umfang des Querschnitts gleichmäßig in die vier Sektoren
Die Körperschallsensoren
Mit einer Mess- und Steuereinheit
Aufgrund der unterschiedlichen Entfernungen des Körperschallereignisses
Da sich die Kompressorstufen
In jedem Fall wird in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Körperschallermittlung und -analyse mindestens eine Temperiervorrichtung
Durch die Auswertung von Körperschallereignissen
In
Dabei hat jeder Sektor
Das Gehäuse
In
Im Gehäuse
Der an den Körperschallsensoren
In einer Ausführungsform kann mit einem adaptiven Algorithmus gearbeitet werden. Dabei wird der Durchmesser des Gehäuses
Die Vergrößerung des Gehäusedurchmessers geschieht auf der Grundlage der gelernten Daten (im Sinne eines maschinellen Lernens) aus den Systemzuständen des Gasturbinentriebwerks
Durch die Verstellung der unterschiedlichen Sektoren
Die Ausführungsformen der Vorrichtungen und Verfahren können auch für die heißen Zonen der Kompressorstufen
Beim Anstreifen der Spitzen der Schaufeln
Das umgebende Gehäuse
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
Werden Anstreifungen der Turbinen-Blattspitzen am umgebenden Gehäuse
Tabelleneinträge dienen zur Einstellung des notwendigen Kühlluftstromes (Ventilstellung), um bestimmte Spalthöhen
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
An dem Gehäuse
Eine Kombination einer Anordnung von Körperschallsensoren
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)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019116954.2A DE102019116954A1 (en) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | Device and method for setting a gap height |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102019116954.2A DE102019116954A1 (en) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | Device and method for setting a gap height |
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DE102019116954.2A Withdrawn DE102019116954A1 (en) | 2019-06-24 | 2019-06-24 | Device and method for setting a gap height |
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DE (1) | DE102019116954A1 (en) |
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Legal Events
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R163 | Identified publications notified | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |