DE2718663C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung der Temperatur von in den Verdichtereinlaß eines Gasturbinen­ triebwerks eintretender Luft gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1. Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 31 67 960 bekannt.

Gasturbinentriebwerke sind gewöhnlich mit einer Einrichtung zum Messen der Temperatur des in den Triebswerkskompressor eintretenden Arbeitsfluids versehen. Diese Einrichtung wird allgemein als ein T2 Fühler bezeichnet, da die Fluidtempera­ tur unmittelbar stromaufwärts der sich bewegenden ersten Kom­ pressorstufe mit T2 bezeichnet wird. Der Fühler bildet ein zu T2 proportionales Signal, das elektrisch, mechanisch, hydrau­ lisch oder durch eine Kombination davon von dem Fühler zum Triebwerkssteuerungssystem übertragen wird. Das letztere benutzt dieses Signal zum Einstellen der Triebwerksdrehzahl, der Brenn­ stoffströmung und/oder des Kompressor-Statorflügelwinkels, um die aerothermischen Eigenschaften des Triebwerks zu korri­ gieren und eine passende Funktion sowie Leistungsabgabe für transiente bzw. vorübergehende Umgebungsbedingungen sicherzu­ stellen. Diese Messung von T2, die schon bei stationären (Land) Gasturbinen notwendig ist, ist von größter Wichtigkeit bei Flug­ antriebsanwendungen, wo plötzlich Änderungen der Umgebungs­ temperatur infolge von Höhenänderungen und eines 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 Trieb­ werks 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. Lei­ tung mit dem Einlaßstrom des Triebwerks oder an einer von dem Haupteinlaßluftstrom des Triebwerks oder an einer von dem Haupteinlaßluftstrom des Triebwerks entfernten Stellen angeordnet. Bekannte im Hauptstrom und entfernt angeordnete T2 Fühler können elektrisch, mechanisch, gasgefüllt oder flüssigkeitsgefüllt ausge­ bildet sein.

Bekannte im Hauptstrom angeordnete T2 Fühler zeigen im allgemeinen gute Ansprechgeschwindigkeiten, doch leiden sie unter verschiedenen Nachteilen. Ihre Anordnungen in dem Haupttriebwerks­ luftstrom erzeugt Turbulenzen in dem den Fühler umgebenden Bereich, so daß aerodynamische Wirbelschleppen zum Triebwerkskompressor entstehen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß solche Fühler unter bestimmten Betriebsbedin­ gungen einem Aufbau von Eis unterworfen sind, was zu einer Fremdkörper­ beschädigung des Triebwerks führen kann. Dementsprechend müssen solche Fühler vielfach mit einem Anti-Vereisungssystem ver­ sehen werden.

Während ein ohne Enteisung ausgebildeter Hauptstromfüh­ ler relativ schnell und genau arbeitet, haben Hauptstromfühler mit einem Vereisungsschutz kleinere Ansprechgeschwindigkeiten bzw. längere Ansprechzeiten und erzeugen vielfach Meßfehler, wenn das Anti-Vereisungssystem aktiviert ist. Ferner sind Anti- Vereisungssysteme für solche Fühler häufig kompliziert; viele von ihnen erfordern heiße Kompressorluft und eine Vielzahl von aerothermischen Vorrichtungen, was zu einer ungünstigen Beein­ flussung der Leistungsfähigkeit des Triebwerks führt. Alter­ nativ ist auch ein elektrisches Heizen - mit der diesem Vor­ rang zugeordneten Kostspieligkeit und Kompliziertheit - zum Enteisen solcher Hauptstromfühler bekannt. Ein Ausfall irgend­ eines dieser bekannten Anti-Vereisungssysteme kann ferner zu einem Eisansatz an dem Fühler und zu einer Fremdkörperbeschä­ digung des Triebwerks infolge einer Eisansaugung führen.

Infolge dieser mit Hauptstromfühlern verbundenen Proble­ me werden bei anderen bekannten Triebwerken entfernt angeordnete T2 Fühler benutzt. Bekannte T2 Fühler dieser Art sind im allgemei­ nen in einer Meßleitung angebracht, die Luft von dem Trieb­ werkseinlaß über den Fühler saugt und zurück in den Triebwerksein­ laß leitet. Die zum Strömen der Leitungsluft erforderliche Druck­ differenz wird im allgemeinen von einer Absaugeinrichtung (Eductor) gebildet, die durch Hochdruck-Abzapfluft von dem Triebwerkkom­ pressor abgezweigt wird. Dies führt jedoch zu einer Verschlech­ terung der Triebswerksleistung und des spezifischen Brennstoffver­ brauchs. Die Größe dieser Einbuße hängt von dem notwendigen Luft­ strom und der notwendigen Geschwindigkeit zum Erzeugen der erfor­ derlichen Fühleransprechgeschwindigkeit ab. Während solche bekann­ ten, an entfernter Stelle angeordneten Fühler nicht unter den Ver­ eisungsproblemen der Hauptstromfühler leiden, sind jedoch Verbes­ serungen bezüglich der Ansprechgschwindigkeit und der Genauigkeit erwünscht, insbesondere während eines Betriebes der Anti-Ver­ eisungsanlage, wenn die bekannten Fühler transiente bzw. vorüber­ gehende Meßfehler aufweisen.

Die eingangs genannte US-PS 31 67 960 beschreibt zwar eine Temperaturmeßeinrichtung mit einer vom Lufteinlaßkanal ab­ zweigenden Meßleitung, aber dort ist kein Vereisungsschutz vor­ gesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturmeßeinrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Eisbil­ dung und/oder Ablagerung von Schmutzteilchen sicher und effi­ zient verhindert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahme gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß eine Eisbildung und auch die Ablagerung von Schmutzteilchen auf einfache Weise verhindert wird. Insbeson­ dere wird der über dem Teilchenabscheider entstehende Druckab­ fall verwendet, um einen Luftstrom durch die Meßleitung während des Triebswerksbetriebes zu bilden, und zwar ohne Verwendung von Kompressorabzapfluft, was sonst zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit führen würde. Ferner werden Vereisungs­ probleme bekannter Systeme vermieden, bei denen der Fühler in dem einlaßseitigen Luftstrom angeordnet ist. Auch werden die Nachteile bezüglich der Triebwerkswirksamkeit ausgeschaltet, welche sich bei bekannten, an entfernter Stelle angeordneten Fühlersystemen ergeben.

Der Temperaturfehler während des Betriebes des Triebwerksent­ eisungssystems wird dadurch bedeutend vermindert, daß eine Quer­ abzapfleitung vorgesehen wird, deren eines Ende in Strömungs­ verbindung mit der Meßleitung und deren anderes Ende in Strö­ mungsverbindung mit der Luftquelle für die Triebwerksenteisung stehen. Die Querabzapfleitung ist so bemessen, daß während der Aktivierung des Triebswerksenteisungssystems eine vorbestimmte Menge an Enteisungsluft zur Meßleitung geleitet wird. Diese Luftmenge reicht aus, um die Temperatur des Fühlers so weit zu erhöhen, wie es erforderlich ist, um eine Kompensation be­ züglich der während der Aktivierung des Enteisungssystems er­ höhten Temperatur der in den Kompressor eintretenden Luft vor­ zunehmen. Auf diese Weise können Meßfehler des Fühlers, die von einem Betrieb des Triebwerksenteisungssystems herrühren, in starkem Maße reduziert werden.

Um die Wirksamkeit der Temperaturmeßeinrichtung gemäß der Er­ findung weiter zu verbessern, kann der an entfernter Stelle angeordnete Temperaturfühler von einer Aufprallabdeckung um­ geben sein. Diese ist im wesentlichen eine durchlöcherte Hülle, die in der Meßleitung angeordnet ist und den Temperaturfühler umgibt. In die Meßleitung eintretende Luft strömt über die Ab­ deckung sowie durch die darin ausgebildeten Öffnungen, um in einer gleichförmigen Weise mit dem Fühler in Kontakt zu kommen. Die Aufprallabdeckung wirkt als höchst empfindliche Wärmeüber­ tragungsvorrichtung, die das thermische Ansprechverhalten des Fühlers beträchtlich verbessert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer aufgeschnittenen perspektivischen Ansicht ein bekanntes Triebwerk mit einem einlaßseitigen Teilchenab­ scheider und

Fig. 2 in einer Schnittdarstellung einen Teil eines Gastur­ binentriebwerks mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Messen der Temperatur.

In den Fig. 1 und 2 ist der Einlaßabschnitt eines Gastur­ binentriebwerks 10 dargestellt. Das Triebwerk enthält einen einlaßseitigen Teilchenabscheider 14 mit einer spiralförmigen Reinigungsvorrichtung 16. Weiterhin weist das Triebwerk in typischer Weise in axial beabstandeter Reihenstromanordnung einen Verdichter (Kompressor), eine ringförmige Brennkammer, eine Gasgeneratorturbine zum Antreiben des Kompressors und eine Niederdruckturbine zum Antreiben einer Ausgangswelle oder eines Bläsers auf.

Der Abscheider 14 enthält ein Außengehäuse 18 und eine Innen­ verkleidung 20, wobei dazwischen ein sich axial erstreckender ringförmiger Strömungskanal 22 gebildet ist. Der letztere hat an entgegengesetzten Enden einerseits einen ringförmigen Triebwerksein­ lauf 24 und andererseits einen ringförmigen Auslaß, der mit dem Triebwerkseinlaß 12 und einer ringförmigen Teilchensammelkammer 26 in Strömungsverbindung steht. Eine Reihe von auf dem Umfang im Abstand angeordneten, radialen Verwirbelungsschaufeln 27 mit einer erwünschten Drehkonfiguration ist stromabwärts von dem ringförmigen Einlaß 24 angeordnet. Eine Reihe von auf dem Umfang im Abstand angeordneten radialen Entwirbelungsschaufeln 28 und eine Reihe von auf dem Umfang im Abstand angeordneten radialen Kompressoreinlaßführungsschaufeln 29 (am besten aus Fig. 2 ersichtlich) stromabwärts von den Schaufeln 28 sind ebenfalls stromabwärts von dem Triebwerkseinlaß 12 angeordnet. Der Teilchenabscheider 14 weist ferner mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Drehflügel 38 auf, die von dem Trieb­ werksgehäuse 31 in radialer Richtung ausgehen und sich zu einem axial und in Umfangsrichtung verlaufenden Wandteil 32 erstrecken. Die Drehflügel 38 unterteilen die Teilchensammelkammer 26 in axialer Richtung und bilden in deren hinterem Bereich eine ringförmige Entnahmeleitung 40. Ein Mittel zum Ableiten von Fremdstoffen aus der Entnahmeleitung 40 wird durch eine Spül- bzw. Reinigungsleitung 42 gebildet, die mit der Entnahmelei­ tung in Strömungsverbindung steht und sich vorzugsweise von deren Außenumfang in tangentialer Richtung erstreckt. Das äußere Ende der Spülleitung 42 befindet sich in Strömungsverbindung mit einem Spülgebläse (nicht dargestellt) zum Herstellen eines verminderten bzw. Unterdruckes in der Spülleitung 42 und zum Entziehen von in der ringförmigen Leitung enthaltenen Fremd­ stoffen. Das Triebwerk enthält ferner einen Anti-Vereisungs- oder Vereisungsschutzkanal 48, der von einem Ventil (nicht dar­ gesteuert wird, das in bekannter Weise selektiv Abzapfluft für Vereisungsschutzzwecke abzweigt.

In Fig. 2 sind Details der Einrichtung zum Erfassen des Luft­ temperaturverlaufs dargestellt. Eine Meßleitung 50 mit einem darin angeordneten Temperaturfühler 58 ist zum Messen der Tem­ peratur der in den Triebwerkskompressor eintretenden Luft vor­ gesehen. Die Meßleitung 50 enthält einen Einlaß 52, der das Ab­ scheidergehäuse 18 stromaufwärts von den Verwirbelungsschaufeln 27 durchdringt, und einen Auslaß 54, der zwischen den Entwir­ belungschaufeln 28 und den Kompressoreinlaßführungsschaufeln 29 angeordnet ist. Der Einlaß 52 zur Meßleitung 50 kann etwa rechtwinklig zum Strömungskanal des Triebwerkseinlasses 24 an­ geordnet sein, um ein Ansaugen von Teilchen (Partikeln), Wasser sowie anderen Fremdstoffen in die Meßleitung 50 und eine darin erfolgende Eisbildung zu unterbinden. Der abgelegene Tempera­ turmeßfühler 58 befindet sich in einem erweiterten Bereich 56 der Meßleitung 50. Der Fühler 58 erzeugt ein zur Temperatur der ihn umgebenden Luft proportionales Signal und überträgt dieses Signal zu dem Triebwerkssteuerungssystem (nicht darge­ stellt). Der in dem Triebwerksluftstrom auftretende Druckab­ fall über den Partikelabscheiderflügeln 38 erzeugt einen aus­ reichenden Bypasstrom durch die Meßleitung 50, um für ein schnelles Ansprechen des Fühlers 58 zu sorgen, und zwar ohne Verwenden einer Kompressorabzapfung oder anderer Triebwerks­ luftquellen, was zu einer Verschlechterung der Leistungsfähig­ keit des Triebwerks führen würde.

Um die thermischen Ansprechcharakteristiken des Fühlers 58 weiter zu verbessern, ist dieser von einer Aufprallabdeckung 60 umgeben, die in dem erweiterten Bereich 56 der Meßleitung 50 an­ geordnet ist. Die Aufprallabdeckung 60 enthält eine Vielzahl von dem Fühler 58. Die Abdeckung 60 umschließt den Fühler 58 vollstän­ dig. Die Enden der Abdeckung 60 befinden sich in Dichtungseingriff mit den Innenwandungen der Meßleitung 50 so daß der gesamte Luft­ strom der Leitung durch die Öffnungen 62 hindurchtreten muß. Die strom­ abwärtige Seite der Abdeckung 60 befindet sich in Strömungs­ verbindung mit dem Auslaß der Meßleitung 50. Auf diese Weise strömt die gesamte in den Leitungseinlaß 52 eintretende Luft über die Ab­ deckung 60 und durch die Öffnungen 62 derselben, so daß die Ober­ flächen des Fühlers 58 in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise mit dieser Luft in Berührung kommen. Danach strömt die Luft zur stromabwärtigen Seite der Abdeckung 60 und zum Auslaß 54 der Meßleitung 50. Das an der Aufprallabdeckung erfolgende gleich­ förmige Verteilen der Leitungsluft über die Oberfläche des Fühlers 58 ergibt eine höchst empfindliche Wärmeübertragungsvorrich­ tung, die die thermische Ansprechzeit des Fühlers 58 bedeutend verbessert.

Weiterhin ist eine Querabzapfleitung 64 zwischen dem Vereisungs­ schutzkanal 48 des Triebwerks und der Meßleitung 50 angeordnet, um eine Anti-Vereisungs-Luftströmung von dem Kanal 48 zur Meß­ leitung 50 strömen zu lassen, wenn die Vereisungs-Schutzvor­ richtung des Triebwerks aktiviert ist. Die Querabzapfleitung 64 ist entsprechend bemessen, um eine vorbestimmte Luftmenge durch­ zulassen, die ausreicht, damit die Temperatur des Fühlers 58 um den erforderlichen Wert angehoben wird, damit während der Akti­ vierung der Vereisungs-Schutzvorrichtung des Triebwerks für eine Kompensation bezüglich der erhöhten Temperatur der in den Kompressoreinlaß 12 eintretenden Luft gesorgt ist. Während der Zeit, in der keine Triebwerksenteisung erforderlich ist, wird der Luftstrom durch die Kanäle bzw. Leitungen 48 und 64 durch Schlie­ ßen eines Enteisungsventils (nicht dargestellt) in dem Kanal 48 unterbunden. Auf diese Weise werden transiente bzw. vorüber­ gehende Meßfehler des Fühlers 58 während der Aktivierung der Vereisungs-Schutzvorrichtung des Triebwerks verringert.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Messen der Temperatur von in den Verdichter­ einlaß eines Gasturbinentriebwerks eintretender Luft, mit einer vom Lufteinlaßkanal abzweigenden Meßleitung, in wel­ cher ein Temperaturfühler angeordnet ist zur Fernübertra­ gung von Temperatursignalen, die der Temperatur von in den Verdichter eintretender Luft entsprechen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale

• - ein Teilchenabscheider (14) weist ein äußeres Gehäuse (18), Verwirbelungs- und Entwirbelungsschaufeln (27, 28) auf, die stromaufwärts von den Einlaßführungsschaufeln (29) des Ver­ dichters angeordnet sind, wobei ein Druckabfall über dem Teilchenabscheider (14) erzeugt ist durch Luft, die in den Einlauf des Triebwerks gezogen ist und an den Teilen des Ab­ scheiders (14) entlangströmt,
• - einer Vereisungs-Schutzvorrichtung (48) ist selektiv ver­ dichtete Luft vom Verdichter zugeführt,
• - das Einlaßende (52) der Meßleitung (50) durchdringt das äußere Gehäuse (18) des Abscheiders (14) zwischen den Ver­ wirbelungsschaufeln (27) und dem Triebwerkseinlauf (24) und das Auslaßende (54) der Meßleitung (50) steht mit der in die Einlaßführungsschaufeln (29) des Verdichters eintreten­ den Luftströmung an einem Punkt zwischen den Entwirbelungs­ schaufeln (28) und den Einlaßführungsschaufeln (29) in Ver­ bindung, wobei eine Luftströmung durch die Meßleitung (50) durch den Druckabfall über dem Teilchenabscheider (14) her­ vorgerufen ist, und
• - eine Querzapfleitung (64) ist zwischen der Vereisungs- Schutzvorrichtung (48) und dem Einlaßende (52) der Meß­ leitung (50) angeordnet und führt dem Temperaturfühler (58) in der Zufuhrleitung (50) eine vorbestimmte Menge an Enteisungsluft zu, wobei die Querabzapfleitung (64) so bemessen ist, daß die vorbestimmte Menge an Ent­ eisungsluft ausreicht, um die Temperatur des Temperatur­ fühlers (58) um einen Betrag zu erhöhen, der die Tempe­ raturerhöhung der in den Verdichter eintretenden Luft kompensiert, wenn der Vereisungs-Schutzvorrichtung (48) verdichtete Abzapfluft zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Einlaß (52) zur Meßlei­ tung (50) im wesentlichen rechtwinklig zum Strömungskanal (22) des Triebwerkseinlaufes angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Temperaturfühler (58) von einer Aufprallabdeckung (60) mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Öffnungen (62) umgeben ist und daß die stromabwärtige Seite der Aufprallabdeckung (60) in Strömungsverbindung mit dem Auslaß (54) der Meßleitung (50) steht, wobei in diese eintretende Luft über die Ab­ deckung (60) und durch die darin ausgebildeten Öffnungen (62) strömt und die Oberfläche des Temperaturfühlers (58) im wesentlichen gleichförmig berührt und danach durch den Auslaß (54) der Meßleitung (50) austritt.