DE2718663A1

DE2718663A1 - Lufttemperaturverlauf-erfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE2718663A1
Application number: DE19772718663
Authority: DE
Inventors: Neil Roger Brookes; Joseph David Cohen; Thomas Joseph Mccarey; Martin George Ray
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1977-11-10
Also published as: FR2354449B1; JPS605776B2; US4047379A; IT1084621B; GB1515499A; FR2354449A1; JPS52139815A; DE2718663C2

Description

Lufttemperaturverlauf-Erfassungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit einem einlaßseitigen Partikelabscheider und Insbesondere auf eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur der In den Kompressor solcher Triebwerke eintretenden Luft.

Gasturbinentriebwerke sind gewöhnlich mit einem Gerät zum Messen der Temperatur des In den Triebwerkskompressor eintretenden Arbeitsfluids versehen. Diese Vorrichtung wird allgemein als ein T2 Fühler bezeichnet, da die Fluidtemperatur unmittelbar stromaufwärts der sich bewegenden ersten Kompressorstufe mit T2 bezeichnet wird. Der Fühler bildet ein zu T2 proportionales Signal, das elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder durch eine Kombination dieser Methoden von dem Fühler zum Triebwerkssteuerungssystem übertragen wird. Das letztere benutzt dieses Signal zum Einstellen der Triebwerksdrehzahl, des TreibstoffStroms und/oder des Kompressor-Statorflügelwinkels, um die aerothermischen Eigenschaften des Triebwerks zu korrigieren und eine passende Funktion sowie Leistungsabgabe für flüchtige bzw. vorübergehende Umgebungsbedingungen sicherzustellen. Diese Messung von T2, die bei stationären (Land) Gasturbinen notwendig ist, ist von größter Wichtigkeit bei Flugantriebsanwendungen, wo plötzliche Änderungen der ümgebungs-

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temperatur infolge von Höhenänderungen und eines Durchdringens bzw. Durchfliegens von Wolken und Wetterfronten auftreten. Da solche Änderungen der Umgebungstemperatur vielfach sehr schnell erfolgen, muß die Ansprechgeschwindigkeit des T2 Fühlers ausreichend groß sein, um eine Korrektur der aerothermischen Funktion des Triebwerks zu ermöglichen und die Möglichkeit eines Kompressorabrisses oder einer anderen Triebwerksstörung zu unterbinden.

Zur Zeit in Gasturbinentriebwerken benutzte T2 Fühler können durch ihre Lage im Triebwerk klassifiziert werden. Solche bekannten T2 Fühler sind entweder direkt in einer Linie bzw. Leitung mit dem Einlaßstrom des Triebwerks oder an einer von dem Haupteinlaßluftstrom des Triebwerks entfernten Stelle angeordnet. Bekannte im Hauptstrom und entfernt angeordnete T2 Fühler können elektrisch, mechanisch, gasgefüllt oder flüssigkeitsgefüllt ausgebildet sein.

Bekannte im Hauptstrom angeordnete T2 Fühler zeigen im allgemeinen gute Ansprechgeschwindigkeiten, doch leiden sie unter verschiedenen Nachteilen. Ihre Anordnung in dem Haupttriebwerksluftstrom erzeugt Turbulenzen in dem den Fühler umgebenden Bereich, so daß aerodynamische Abströme bzw. Wirbelschleppen (aerodynamic wakes) zum Triebwerkskompressor entstehen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß solche Fühler unter bestimmten Betriebsbedingungen einem Eisansatz unterworfen sind, was zu einer Fremdkörperbeschädigung des Triebwerks führen kann. Dementsprechend müssen solche Fühler vielfach mit einem Enteisungs- bzw. Vereisungsschutzsystem versehen werden.

Während ein ohne Enteisung ausgebildeter Hauptstromfühler relativ schnell und genau arbeitet, haben Hauptstromfühler mit einem Enteisungsschutz kleinere Ansprechgeschwindigkeiten, und diese letztgenannten Fühler erzeugen vielfach Meßfehler, wenn das Enteisungssystem aktiviert ist. Ferner sind Enteisungssysteme für solche Fühler häufig kompliziert. Viele Fühlerenteisungssysteme machen heiße Kompressorluft und eine Vielzahl von aerothermischen Vorrichtungen erforderlich, was zu einer ungünstigen Beeinflussung der Leistungsfähigkeit des Triebwerks führt. Alternativ ist auch ein elektrisches Heizen - mit der diesem Vorgang zugeordneten Kostspieligkeit und Kompliziertheit - zum Enteisen solcher Haupt-

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stromfühler bekannt. Ein Ausfallen irgendeines dieser bekannten
Fühlerenteisungssysteme kann ferner zu einem Eisansatz an dem Fühler und zu einer Fremdkörperbeschädigung des Triebwerks infolge
einer Eisansaugung führen.

Infolge dieser mit Hauptstromfühlern verbundenen Probleme werden bei anderen bekannten Triebwerken entfernt angeordnete
T2 Fühler benutzt. Bekannte T2 Fühler dieser Art sind im allgemeinen in einer Zufuhr leitung angebracht, "die Luft von dem Triebwerkseinlaß über den Fühler saugt und zurück in den Triebwerkseinlaß leitet. Die zum Strömen der Leitungsluft erforderliche Druckdifferenz wird im allgemeinen von einer Absaugeinrichtung (eductor) gebildet, die durch Hochdruck-Abzapfluft von dem Triebwerkskompressor erregt wird. Der Verlust bzw. die Abzweigung dieser Luft
von dem Triebwerkszyklus führte zu einer Verschlechterung bezüglich der Triebwerksleistung und des spezifischen Treibstoffverbrauchs. Die Größe dieser Einbuße hängt von dem notwendigen Luftstrom und der notwendigen Geschwindigkeit zum Erzeugen der erforderlichen Fühleransprechgeschwindigkeit ab. Während solche bekannten, an entfernter Stelle angeordneten Fühler nicht unter den Vereisungsproblemen der Hauptstromfühler leiden, sind jedoch Verbesserungen bezüglich der Ansprechgeschwindigkeit und der Genauigkeit erwünscht, insbesondere während eines Betriebes der Triebwerksenteisungsanlage, wenn die bekannten Fühler flüchtige bzw. vorübergehende Meßfehler aufweisen.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb in der Schaffung einer Vorrichtung zum Erfassen der Temperatur des Fluids, das in den Kompressor eines Gasturbinentriebwerks mit einem einlaßseitigen Partikelabscheider eintritt. Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Temperaturerfassungseinrichtung, deren Ansprechgeschwindigkeiten verbessert sind, die ferner nicht zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Triebwerks führt und die die Gefahren ausschaltet, welche mit einem Betrieb in klimatischen Vereisungsumgebungen verbunden sind.

Diese und weitere Aufgaben werden bei einer Ausführungsform ler Erfindung in einem Gasturbinentriebwerk mit einem einlaßseitigen Partikelabscheider erreicht, wobei ein an entfernter

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Stelle angeordneter Temperaturerfassungsfühler in einer Zufuhrleitung angeordnet ist.

Die Zufuhrleitung enthält einen Einlaß, der in Strömungsverbindung mit dem Einlaß des Gasturbinentriebwerks an einem Punkt stromaufwärts des Einlasses zum Partikelabscheider steht. Die Zufuhrleitung enthält ferner einen Auslaß, der sich zwischen dem Auslaß des Partikelabscheiders und dem Einlaß zum Triebwerkskompressor befindet. Der über dem Partikelabscheider entstehende Druckabfall, der durch die Druckverluste der hindurchströmenden Luft erzeugt wird, ist ausreichend, um einen Luftstrom durch die Zufuhrleitung während des Triebwerksbetriebes zu bilden, und zwar ohne Verwendung von Kompressorabzapfluft, was sonst zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit bzw. Wirksamkeit führen würde. Dieser Aufbau eliminiert die Vereisungsprobleme bekannter Systeme, bei denen der Fühler in dem einlaßseitigen Luftstrom angeordnet ist. Ferner werden auch die Nachteile bezüglich der Triebwerkswirksamkeit ausgeschaltet, welche sich bei bekannten, an entfernter Stelle angeordneten Fühlersystemen ergeben.

Der Temperaturfehler während des Betriebes des Triebwerksenteisungssystems wird bedeutend dadurch vermindert, daß eine Querabzapfleitung vorgesehen wird, deren eines Ende in Strömungsverbindung mit der Zufuhrleitung und deren anderes Ende in Strömungsverbindung mit der Luftquelle für die Triebwerksenteisung stehen. Die Querabzapfleitung ist so bemessen, daß während der Aktivierung des Triebwerksenteisungssystems eine vorbestimmte Menge an Enteisungsluft zur Zufuhrleitung geleitet wird. Diese Luftmenge reicht aus, um die Temperatur des Fühlers so weit zu erhöhen, wie es erforderlich ist, um eine Kompensation bezüglich der während der Aktivierung des Enteisungssystems erhöhten Temperatur der in den Kompressor eintretenden Luft vorzunehmen. Auf diese Weise können Meßfehler des Fühlers, die von einem Betrieb des Triebwerksenteisungssystems herrühren, in starkem Maße reduziert werden.

Um die Wirksamkeit des Temperaturerfassungssystems der Erfindung weiter zu verbessern, kann der an entfernter Stelle angeordnete Temperaturerfassungsfühler von einer Aufprallabdeckung (impingement blanket) umgeben sein. Diese ist hauptsächlich eine durchlöcherte Hülle, die in der Zufuhrleitung angeordnet ist und

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den Temperaturfühler umgibt. In die Zufuhrleitung eintretende Luft gelangt über die Abdeckung sowie durch die darin ausgebildeten Öffnungen, um in einer gleichförmigen Weise mit dem Fühler in Kontakt zu kommen. Danach strömt die Luft aus dem Boden der Abdeckung, der mit dem Auslaß der Zufuhrleitung verbunden ist. Die Aufprallabdeckung wirkt als höchst empfindliche Wärmeübertragungsvorrichtung, die das thermische Ansprechverhalten des Fühlers beträchtlich verbessert.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer aufgeschnittenen perspektivischen Ansicht ein bekanntes Triebwerk mit einem einlaßseitigen Partikelabscheider und

Figur 2 - in einer Schnittdarstellung einen Teil eines Gasturbinentriebwerks mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erfassen des Lufttemperaturverlaufes.

In den Figuren 1 und 2 ist der Frontabschnitt eines Gasturbinentriebwerks 1o dargestellt. Das Triebwerk enthält einen einlaßseitigen Partikelabscheider 14 mit einer spiralförmigen Reinigungsvorrichtung 16 der im US-Patent 3 832 086 beschriebenen Art. Das Triebwerk, von dem nur der Einlaßabschnitt dargestellt ist, enthält in typischer Weise in axial beabstardeter Reihenstromanordnung einen Kompressor, einen ringförmigen Brenner, eine Gasgeneratorturbine zum Antreiben des Kompressors und eine Niederdruckturbine zum Antreiben einer Ausgangswelle oder eines Gebläses, wobei alle diese Teile herkömmlich und in der Gasturbinentechnik bekannt sind.

Der Abscheider 14 enthält ein allgemein mit 18 bezeichnetes Außengehäuse bzw. einen Außenmantel und eine Innenverkleidung 2o, wobei zwischen diesen ν Liedern ein sich axial erstreckender ringförmiger Durchgang 22 bestimmt wird. Der letztere hat an entgegengesetzten Enden einerseits einen ringförmigen Einlaß 24 und andererseits einen ringförmigen Auslaß, der mit dem Triebwerkseinlaß 12 und einer ringförmigen Partikelsamraelkammer 26 in Strömungsverbindung steht. Eine Reihe von umfangsmäßig verteilten, sich radial erstreckenden Drehflügeln bzw. -schaufeln 27 mit einer

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erwünschten Drehkonfiguration ist an den ringförmigen Einlaß 24 angrenzend stromabwärts von diesem angeordnet. Eine Reihe von umfangsmäßig verteilten, sich radial erstreckenden Entwirbelungsflügeln bzw. -schaufeln 28 und eine Reihe von umfangsmäßig verteilten, sich radial erstreckenden Kompressoreinlaßführungsflügeln bzw. -schaufeln 29 (am besten aus Figur 2 ersichtlich) stromabwärts von den Flügeln bzw. Schaufeln 28 sind stromabwärts von dem Triebwerkseinlaß 12 an diesen angrenzend angeordnet. Der Partikelabscheider weist ferner eine Vielzahl von umfangsmäßig verteilten Drehflügeln 38 auf, die sich von dem Triebwerksgehäuse 31 radial in Richtung zu einem axial und in Umfangsrichtung verlaufenden Wandungsglied 32 erstrecken. Die Flügel 38 sorgen für ein axiales Unterteilen der Partikelsammeikammer 26 und bestimmen in deren hinterem Bereich eine ringförmige Entnahmeleitung 4o. Ein Mittel zum Ableiten von Fremdstoffen aus der Entnahmeleitung 4o wird durch eine Spül- bzw. Reinigungsleitung 42 gebildet, die mit der Entnahmeleitung in Strömungsverbindung steht und sich vorzugsweise von deren Außenumfang in tangentialer Richtung erstreckt. Das äußere Ende der Spülleitung befindet sich in Strömungsverbindung mit einem Spülgebläse (nicht dargestellt) zum Herstellen eines verminderten bzw. Unterdrucks in der Spülleitung und zum Abziehen von in der ringförmigen Leitung enthaltenen Fremdstoffen. Das Triebwerk enthält ferner einen Enteisungs- bzw. Vereisungsschutzkanal 48, der von einem geeigneten Ventilmittel (nicht dargestellt) gesteuert wird und in bekannter Weise selektiv Abzapfluft für Vereisungsschutzzwecke leitet.

In Figur 2 sind Details bezüglich der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erfassen des Lufttemperaturverlaufs dargestellt. Erfindungsgemäß ist eine Zufuhrleitung 5o mit einem darin angeordneten Temperaturerfassungselement 58 zum Messen der Temperatur der in den Triebwerkskompressor eintretenden Luft vorgesehen. Die Leitung 5o enthält einen Einlaß 52, der das Abscheidergehäuse 18 stromaufwärts von den Verwirbelungsflügeln 27 durchdringt, und einen Auslaß 54, der zwischen den Entwirbelungsflügein 28 und den Kompressoreinlaßführungsflügein 29 angeordnet ist. Der Einlaß 52 zur Leitung 5o kann etwa rechtwinklig zum Strömungspfad des Triebwerkseinlasses 24 angeordnet sein, um ein Ansaugen von Partikeln,

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Wasser sowie anderen Fremdstoffen in die Leitung 5o und eine darin erfolgende Eisbildung zu unterbinden. Der abgelegene Temperaturmeßfühler 58 befindet sich in einem erweiterten Bereich 56 der Leitung 5o. Der Fühler 58 erzeugt ein zur Temperatur der ihn umgebenden Luft proportionales Signal und überträgt dieses Signal zu dem Triebwerkssteuerungssystem (nicht dargestellt). Der von dem Triebwerksluftstrom induzierte Druckabfall über den Partikelabscheiderflügeln erzeugt einen ausreichenden Bypasstrom durch die Leitung 5o, um eine große thermische Ansprechgeschwindigkeit für den Fühler 58 zu bilden, und zwar ohne Verwenden einer Kompressorabzapfung oder anderer Triebwerksluftquellen, was zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Triebwerks führen würde.

Um die thermischen Ansprechcharakteristiken des Fühlers 58 weiter zu verbessern, ist dieser von einer Aufprallabdeckung 6o umgeben, die in dem erweiterten Bereich 56 der Leitung 5o angeordnet ist. Die Aufprallabdeckung 6o enthält eine Vielzahl von darin ausgebildeten öffnungen 62 zum Leiten eines Luftstroms zu dem Fühler 58. Die Abdeckung 6o umschließt den Fühler 58 vollständig. Die Enden der Abdeckung 6o befinden sich in Dichtungseingriff mit den Innenwandungen der Leitung 5o, so daß der gesamte Luftstrom der Leitung durch die öffnungen 62 gelangen muß. Die stromabwärts gelegene Seite der Abdeckung 6o befindet sich in Strömungsverbindung mit dem Auslaß der Leitung 5o. Auf diese Weise gelangt die gesamte in den Leitungseinlaß 52 eintretende Luft über die Abdeckung 6o und durch die öffnungen 62 derselben, so daß die Oberflächen des Fühlers 58 in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise mit dieser Luft in Berührung kommen. Danach strömt die Luft zur stromabwärts gelegenen Seite der Abdeckung 6o und zum Auslaß 54 der Leitung 5o. Das in der Aufprallabdeckung erfolgende gleichförmige Verteilen der Leitungsluft über die Oberfläche des Fühlers 58 ergibt eine höchst empfindliche Wärmeübertragungsvorrichtung, die die thermische Ansprechzeit des Fühlers 58 bedeutend verbessert.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist eine Querabzapfleitung 64 zwischen der Vereisungsschutzleitung 48 des Triebwerks und der Leitung 5o angeordnet, um einen Enteisungs- bzw. Vereisungsschutz-Luftstrom von der Leitung 48 zur Leitung 5o fließen

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zu lassen, wenn das Vereisungsschutzsystem des Triebwerks aktiviert ist. Die Querabzapfleitung 64 ist entsprechend bemessen/ um eine vorbestimmte Luftstrommenge hindurchzulassen, die ausreicht, damit die Temperatur des Fühlers 58 um den Wert angehoben wird, der erforderlich ist, um während der Aktivierung des Vereisungsschutzsystems des Triebwerks für eine Kompensation bezüglich der erhöhten Temperatur der in den Kompressoreinlaß 12 eintretenden Luft zu sorgen. Während der Zeit, in der keine Triebwerksenteisung erforderlich ist, wird der Luftstrom durch die Leitungen 48 und 64 durch Schließen eines Enteisungsventils (nicht dargestellt) in der Leitung 48 unterbunden. Auf diese Weise werden flüchtige bzw. vorübergehende Meßfehler des Fühlers 58 während der Aktivierung des Vereisungsschutzsystems des Triebwerks verringert.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

1. (Gasturbinentriebwerk mit einem Einlaß, der Luft zu einer Reihen- -"' Stromschaltung aus einem Kompressor, einem Brenner sowie einer Turbine leitet, und mit einem zwischen dem Einlaß sowie dem Kompressor angeordneten Partikelabscheider, über dem durch den hindurchgelangenden Luftstrom ein Druckabfall erzeugt wird, wobei eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur der in den Kompressor eintretenden Luft vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Zufuhrleitung (5o), deren Einlaß (52) zwischen dem Triebwerkseinlaß (24) sowie dem Partikelabscheider (14) angeordnet ist, und mit einem Auslaß (54), der zwischen dem Partikelabscheider (14) sowie dem Kompressor angeordnet ist, wodurch infolge des Druckabfalls an dem Partikelabscheider (14) ein Luftstrom durch die Zufuhrleitung (5o) erzeugt wird, und durch in der Zufuhrleitung (5o) angeordnete temperaturempfindliche Fühlermittel (58) zum entfernten Übertragen von Temperatursignalen.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (52) zur Zufuhrleitung (5o) im wesentlichen rechtwinklig zum Strömungspfad des Triebwerkseinlasses verläuft, um ein Ansaugen von Fremdstoffen in die Zufuhrleitung (5o) zu unterbinden.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die temperaturempfindlichen Fühlermittel (58) von einer Aufprallabdeckung (6o) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten öffnungen (62) umgeben sind und daß die stromabwärts gelegene Seite der Aufprallabdeckung (6o) in Strömungsverbindung mit dem Auslaß (54) der Zufuhrleitung (5o) steht, wodurch in diese eintretende Luft über die Abdeckung (6o) sowie durch die darin ausgebildeten öffnungen (62) gelangt, um die Oberfläche der Fühlermittel (58) in einer weitgehend gleichförmigen Weise zu berühren und danach durch den Auslaß (54) der Zufuhrleitung (5o) abgelassen zu werden.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet

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durch Enteisungsleitungsraittel (48) zum selektiven stromaufwärts erfolgenden Leiten komprimierter Abzapfluft für eine Enteisung und durch Querabzapfleitungsmittel (64), die zwischen den Enteisungsleitungsmitteln (48) sowie dem Einlaß (52) zur Zufuhrleitung (5o) angeordnet sind, um dieser eine vorbestimmte Menge an Triebwerksenteisungsluft zuzuleiten.

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabzapfleitung (64) so bemessen ist, daß die vorbestimmte Menge an Enteisungsluft ausreicht, um die Temperatur der Fühlermittel (58) um ein solches Maß anzuheben, welches erforderlich ist, um während Perioden eines Enteisungsluftstroms in den Enteisungsleitungsmitteln (48) eine Kompensation bezüglich der erhöhten Temperatur der in den Triebwerkskompressor eintretenden Luft vorzunehmen.

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