DE2936719C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist vorgeschlagen worden, um die Temperatur des den Schaufelkranz des Leitapparats der Turbine durchströmenden Heißgasstromes zu messen und durch auf einem Instrumentenbrett angeordnete Anzeige­ geräte wiederzugeben, damit sich der Pilot über die Höhe der Temperatur informieren kann. Aufgrund der gestaffelten Anordnung der Öffnungen an der Schaufel, in die der Leckgasstrom eintritt, wird eine mittlere Temperatur hinsichtlich der radialen Erstreckung des Heißgasstroms ermittelt. Um auch hinsichtlich des Umfangs des Heißgasstroms einen brauchbaren Mittelwert zu erhalten, können bei einem Leitapparat mit z. B. 120 Schaufeln sechs Sonden auf dem Umfang verteilt angeordnet sein.

Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Meßergebnisse der Sonde unbefriedigend, weil ein Teil der im Heißgasstrom enthaltenden Wärme aufgrund von Wärmestrahlung und -leitung über die in der Umgebung der Sonde vorhandenen Schaufel- bzw. Vorrichtungsteile entweicht und somit der Messung nicht zur Verfügung steht, wodurch sich Abweichungen der Meßergebnisse von der tatsächlichen Temperatur im Heißgasstrom ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art eine präzise Temperaturmessung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erhält die Heißgasströmung im Bereich der Beschleunigungsdüse eine Strömungsbeschleunigung, was aufgrund eines intensi­ veren Kontaktes zwischen der Heißgasströmung und der Sonde zu einem höheren Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen dem Heißgasstrom und der Sonde führt, wodurch die Temperaturmessung auch bei niedrigen Strömungsgeschwin­ digkeiten wesentlich verbessert ist. Hierdurch wird auch die Ansprechzeit der Sonde wesentlich verbessert. Außerdem führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zu einer Verbesserung der thermischen Abschirmung sowohl des Heißgasstromes als auch der Sonde, so daß auf Wärme­ strahlung und -leitung beruhende Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert sind. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung läßt sich somit eine präzise Temperaturmes­ sung durchführen.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich insbesondere für kompakte Turbinen-Triebwerke mit nur einer Turbinen­ stufe, wo im Gegensatz zu Triebwerken mit zwei Turbinen­ stufen ein Zwischengehäuse fehlt. Außerdem bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Möglichkeit, insbeson­ dere bei Zweistrom-Triebwerken die Vorrichtung außerhalb des Primärkanals anzuordnen.

Es ist zwar aus der US-PS 31 67 960 an sich bekannt, eine in einem Luftkanal der Lufteintrittsstufe einer Turbomaschine angeordnete Temperatursonde durch eine Hülse thermisch abzuschirmen, die die Wandung des Luft­ kanals ersetzt, jedoch ist diese Ausgestaltung nicht von der gattungsgemäßen Bauart.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb eines Turbi­ nen-Leitapparats eines Strahltriebwerks mit Bypass-Strömung im axialen Teilschnitt;

Fig. 2 einen wesentlichen Teil der Vorrichtung in vergrößerter Darstellung.

Wie aus Fig. 1 im Maßstab 2 : 1 und aus Fig. 2 im Maßstab 4 : 1 ersichtlich, ist eine Schaufel 10 einem Leitapparat einer Hochdruck­ turbine eines Turbinenstrahltriebwerks mit Bypass-Strömung zugeordnet. Ein Gehäuse 20, um welches herum die für die Nachverbren­ nung bestimmte Sekundärluft strömt, bildet einen Kanal für die Strömung der primären Verbrennungsgase. Die Richtung der Gasströmung ist durch Pfeile ange­ geben.

Die Schaufel 10 ist mit ihren Füßen 11 an Auflagern 21, 22 des Gehäuses 20 befestigt. Die Befestigungsmittel sind nicht dargestellt. Ein radial ausgerichteter Kanal 13 ist in einen Längenabschnitt des Flügels 12 der Schaufel 10 gebohrt. Der Kanal 13 steht mit dem Strom des Verbrennungsgases über drei Öffnungen 14 in Verbindung, die auf der Flügelunterseite münden. Die Außenwand des Gehäuses 20 trägt einen zylindrischen Ansatz 23, der ge­ genüber dem Kanal 13 angeordnet ist. Durch den Ansatz 23, der einen Endflansch 25 aufweist, erstreckt sich eine Ausbohrung 24.

Es ist eine Temperatursonde in Form eines Thermoelements 30 vorgesehen, dessen Ausgangsdrähte in einer Hülle 31 angeordnet sind. Die Hülle 31 sitzt derart in der Ausbohrung 24, daß sich die Lötstelle des Thermoele­ ments 30 an der Mündung des Kanals 13 befindet. Die Hülle 31 erstreckt sich weiter in die Ausbohrung einer Traghülse 32, welche über ihren Flansch 33 am Endflansch 25 des Ansatzes 23 befestigt und innerhalb der Ausbohrung 24 durch einen zylindrischen Ansatz zentriert ist. Eine zylindrische Kammer 34 in demjenigen Abschnitt der Trag­ hülse 32, der sich zu beiden Seiten des Flansches 33 er­ streckt, umgibt die Hülle 31 und begrenzt ge­ meinsam mit letzterer einen Ringraum, der mit dem Raum außerhalb des Gehäuses 20 über seitliche Öffnungen 35 in Verbindung steht. Der Kanal 13 im Flügel 12 und die Ausbohrung 24 im Ansatz 23 bilden mit der Kammer 34 und den Öffnungen 35 in der Traghülse 32 einen Leckverlust-Strömungsweg, durch den ein sehr geringer Anteil der durch das Gehäuse 20 fließenden Gasströmung der Primärverbrennung entweicht, und zwar in den Kanal der Sekundärluft hinein, wobei das Ende der Sonde 30 von der Gasströmung überstrichen wird. Die Strömungsrichtung des Gases im Leckverlust- Strömungsweg ist durch Pfeile verdeutlicht.

Die Leckverlustströmung ergibt sich als Mischung der Strömungsanteile, die durch die drei Öffnungen 14 hindurchgehen, welche an der Unterseite des Flügels 12 vorgesehen sind. Da die Öffnungen 14 in unterschiedlichen Abständen von der Gehäuseachse liegen, handelt es sich bei der durch das Thermoelement 30 gemessenen Temperatur dementsprechend um die mittlere Temperatur des Verbrennungs­ gases aus drei unterschiedlichen radialen Höhen innerhalb des Kanals.

Bei der Erfindung sind die im folgenden zu beschreibenden Mittel dazu vorgesehen, eine optimale Ansprech­ zeit der Sonde zu erzielen, den durch Strahlung hervor­ gerufenen Wärmeverlust der Sonden auf einen vernachlässig­ baren Wert zu reduzieren und den direkten Kontakt zwischen den heißen Gasen des Leckverlust-Strömungsweges und den konstruktiven Bauteilen des Triebwerks zu verhindern.

Um dem Thermoelement 30 eine möglichst kurze Ansprech­ zeit zu verleihen, ist ein Ring 40, der als Düse wirkt, in eine Ausnehmung 15 eingelötet, die sich im Fuß 11 am Austritt des Kanals 13 befindet. Der Ring 40 bewirkt eine Einschnürung der Leckverlust-Strömung rund um die Sonde, wobei die dem Gas lokal aufgeprägte Strömungs­ beschleunigung den Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen dem Gas und der Sonde erhöht. Eine ringförmige Kehle 41 ist an der stromabgerichteten Seite des Rings 40 vorgesehen, um insbesondere die Dicke der Ringwand zu vermindern, und zwar mit dem Ziel, gleichzeitig die thermische Trägheit des Rings 40 und die durch Wärmeleitung hervorgerufenen Wärmeverluste zu reduzieren. Außerdem ist eine dünnwandige zylindrische Hülse 42 innerhalb des Ringes 40 angeordnet, deren Außendurchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Rings 40 ist, wodurch eine ringförmige Leitung 44 zugebildet ist. Die Hülse 42 ist am äußeren Ende des Ringes 40 durch Ver­ löten ihres Flansches 43 befestigt. Endseitige Ausschnitte 45 im Ring 40 bilden Austritts­ öffnungen für das in der ringförmigen Leitung 44 strömen­ de Gas. Dementsprechend bildet die Hülse 42, die auf ihrem Außenumfang und auf ihrem Innenumfang durch Gase gleicher Temperatur überstrichen wird, eine thermische Abschirmung von sehr kleiner thermischer Trägheit, die Wärmeverlusten der Sonde entgegenwirkt, welche auf­ treten können durch Strahlung der Sonde gegen den Ring 40 und durch Wärmeleitung des letzteren gegen den Fuß 11 der Schaufel 10.

Der Abschnitt der Hülle 31, der zwischen dem düsenförmigen Ring 40 und der Traghülse 32 liegt, wird von einer dünn­ wandigen Hülse 48 umgeben, an der endseitig erweiterte Rundungen bzw. Wülste 46, 47 angeformt sind. Der Wulst 46 steht in Berührung mit dem Innenumfang der zylindri­ schen Außenwand des Rings 40, wobei das Ende der Hülse 48 am Boden der ringförmigen Kehle 41 anliegt. Der Wulst 47 ist mit enger Passung in die Ausbohrung 24 des Ansatzes 23 eingepreßt. Die Hülse 48, die auf diese Weise durch ihre beiden Wül­ ste 46 und 47 zentriert wird, spielt eine doppelte Rolle. Sie bildet sich zwischen dem Ring 40 und der Ausbohrung 24 eine praktisch abgedichtete Leitung, welche das Gas der Leckverlust-Strömung daran hindert, in einem Ring­ raum 54 zu zirkulieren, der zwischen dem Gehäuse 20 und den Füßen 11 sämtlicher Schaufeln 10 des Leitapparates vor­ handen ist. Gleichermaßen bildet die Hülse 48 eine thermi­ sche Abschirmung, die einer Abstrahlung von dem von ihr umgebenen Bereich der Hülle 31 entgegenwirkt. Die Be­ rührung zwischen dem Wulst 47 und der Wand des Ansatzes kann allerdings noch geringfügige Wärmeverluste herbei­ führen. Als Vorsichtsmaßnahmen kann man daher in die Hülse 48 eine zweite Hülse 50 einsetzen, die eben­ falls dünnwandig ist und in ihrem Außenabschnitt, der dem Wulst 47 benachbart ist eine Einziehung 51 aufweist. Radiale Öffnungen 52 in der eingezogenen Zone bieten einem Anteil der Gase die Möglichkeit, durch den auf diese Weise gebil­ deten Ringraum zu entweichen. Die Einziehung bildet somit eine zusätzliche thermische Abschirmung.

Schließlich umgibt eine Ablenkhülse 53 mit Abstand die Wand der Traghülse 32, wodurch ein Ringkanal gebildet ist, in dem die Öffnungen 35 für den Austritt der Gase der Leckverlust-Strömung münden. Die Ab­ lenkhülse 53 vermindert die Austrittsgeschwindigkeit dieser Gase und verhindert deren direktes Auftreffen auf die konstruktiven Bauteile des Triebwerks in der Nähe des An­ satzes 23.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel be­ trifft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verwendung in einer Strahlturbine mit Bypass-Strömung, wobei die mini­ male Gasmenge der Leckverlust-Strömung in den Sekundär­ luftkanal entweicht. Bei einem Triebwerk mit einfacher Strömung kann man die Gase ohne Nachteile in die Atmo­ sphäre ablassen. Man kann sie jedoch auch in den Gashaupt­ strom zurückführen. Beispielsweise kann die Ablenkhülse 23 von dem einen Ende einer Rückführleitung gebildet wer­ den, deren anderes Ende in der Hauptströmung stromab der Turbine mündet.

Es sei auch hervorgehoben, daß die Sonde je nach den Einsatzbedingungen nicht nur von einem Thermo­ element 30, sondern auch von einem anderen Meßfühler gebil­ det werden kann, beispielsweise von einem Platin-Wider­ stand oder von einem temperaturabhängigen Halbleiter.

Zusammenfassend schafft die Erfindung eine Temperatur- Meßvorrichtung für eine durch einen Schaufelkranz eines Leitapparats einer Turbine für ein Turbinenstrahltriebwerk hindurch­ gehende Gasströmung.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Heißgas­ stroms, der einen Schaufelkranz des Leitapparat einer Turbine durchsetzt, der durch mehrere ortsfeste Schau­ feln gebildet ist, die im Inneren eines den Heißgas­ strom begrenzenden Gehäuses angeordnet sind, und über ihre Füße am Gehäuse befestigt sind und dessen Flügel zur Achse des Gehäuses ragen,
mit mindestens einer Schaufel, in der ein Kanal ausge­ bildet ist, der über einen Teil der Längserstreckung der Schaufel verläuft, in dem Fuß über eine zur Innenwand des Gehäuses weisenden Öffnung mündet und mit dem Gas­ strom über mehrere Öffnungen in Verbindung steht, die längs einer Erzeugenden des Flügels gestaffelt sind, mit einer Öffnung im Gehäuse, die der Öffnung des Fußes gegenüberliegt und so mit dem Kanal der Schaufel einen Leckgaskreis bildet,
mit einer Temperatursonde, die über eine elektrische Verbindung ein Meßsignal der Eigentemperatur abgibt, und
mit einer Einrichtung, die die Sonde im Leckgaskreis hält, in dem sie vom Gas umspült ist,
gekennzeichnet durch
eine Beschleunigungsdüse (40) im Leckgaskreis, die die Sonde (30) umgibt, und
eine Zylinderhülse (42) geringer Dicke, die zwischen der Düse (40) und der Sonde (30) angeordnet ist, die eine Strahlungsabschirmung niedrigen Wärmeleitwiderstandes bildet und bei der die innen- und außenliegenden Seiten­ wände von dem Gas bespült sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsdüse (40) durch einen Ring gebildet ist, der in einer Ausnehmung des Schaufelfußes (11) sitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsdüse (40) eine ein C-förmiges Ringprofil ergebende seitliche Kehle (41) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderhülse (42) an ihrem stromabseitigen Ende einen Flansch (25) aufweist, mit dem sie am stromabseitigen Ende der Beschleunigungsdüse (40) verlötet ist, und an diesem Ende der Beschleunigungsdüse (40) radiale Strömungsdurchgänge (45) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindungsleitung der Sonde (30) sich mit ihrer Hülle (31) durch eine die Hülle (31) in einem Abstand umgebende Traghülse (32) er­ streckt, die mindestens zum Teil in einer Durchführung (24) eines Gehäuse-Ansatzes (23) eingesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Traghülse (32) in einem Abstand von ihrem Außenmantel von einer Abdeckhülse (53) umgeben ist, und in den Ringkanal zwischen dem Außenmantel und der Abdeckhülse (53) radiale Durchgangsöffnungen (35) in der Traghülse (32) münden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Beschleunigungsdüse (40) und dem Ansatz (23) sich eine die Hülle (31) in einem Abstand umgebende Hülse (48) erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (48) mit ihrem stromabseitigen Ende in den Durchgang (24) des Ansatzes (23) eingepreßt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufseitige Ende der Hülse (48) in der Außenwand des C-förmigen Profils der Beschleunigungsdüse (40) zentriert ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung hinter der Beschleunigungsdüse (40) eine Innenhülse (50) mit einer Verjüngung (51) im Bereich des stromabseitigen Endes der die Innen­ hülse (50) aufnehmenden Hülse (48) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (50) im Bereich ihrer Verjüngung (51) radiale Öffnungen (52) aufweist.

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 im Leitapparat eines Turbinen-Strahltrieb­ werks.