DE3106286C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsluft-Entnahme­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung ist aus der GB-PS 7 23 406 bekannt.

Die Luftquelle, die üblicherweise zum Kühlen von Triebwerks­ teilen, wie beispielsweise einer Elektronikbaugruppe, benutzt wird, ist Luft, die aus den ersten Stufen des Verdichters ei­ nes Gasturbinentriebwerks, oder, in einem Turbofan-Triebwerk oder Zweikreis-TL-Triebwerk, Fan-Luft, die hinter dem Fan abgezapft wird. Die Luft aus jeder dieser Quellen hat einen durch den Verdichter oder den Fan erhöhten Druck und ist da­ her wärmer und infolgedessen eine weniger erwünschte Kühlluft­ quelle als die nicht unter Druck gesetzte Außenluft, die die Treibwerksgondel umgibt. Weiter ist die Benutzung von Luft aus solchen Quellen für den Gesamtwirkungsgrad der Treibwerks­ anlage nachteilig. Das wirksamste Kühlmedium ist deshalb die Außenluft, die in die Gondel eintritt oder an dieser vorbei­ strömt. Weiter ist es der Endzweck, die elektronischen Bauele­ mente innerhalb der Baugruppe zu kühlen und nicht die gesamte Umgebung der Baugruppe zu kühlen. Kühlanlagen, die einfach Luft um die Außenseite der Baugruppe herumleiten, sind daher nicht die wirksamsten Vorrichtungen zum Erzielen der maximalen Lebensdauer und Zuverlässigkeit der elektronischen Bauelemente.

Verdichtete Luft aus einer Quelle innerhalb des Triebwerks hat, wie oben dargelegt, eine höhere Temperatur als die die Gondel umgebende Luft und ist deshalb nicht so wirksam beim Kühlen wie die Außenluft. Außerdem, wenn Stauluft, d. h. diejenige Luft, die in das Triebwerk gedrückt wird, wenn sich das Flug­ zeug durch die Luft bewegt, zum Kühlen und Belüften benutzt wird, gibt es keinen Luftdurchfluß, wenn das Flugzeug auf dem Boden stillsteht.

Eine weitere wichtige Funktion beim wirksamen Betrieb einer Gasturbine ist die Bestimmung der Triebwerkseinlaßlufttempera­ tur. Der Schub, den ein Gasturbinentriebwerk entwickelt, und die Triebwerkssteuereinstellungen sind zum Teil von der Tem­ peratur der in das Triebwerk eintretenden Luft abhängig. In­ folgedessen muß diese Einlaßlufttemperatur gemessen werden, damit die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk für das Erzielen des gewünschten Schubes eingestellt werden kann (sh. US-41 82 119). Einlaßluft­ temperaturfühler sind üblicherweise an Stellen an der Trieb­ werksgondel stromaufwärts des Triebwerksverdichters und strom­ aufwärts des Fans im Falle eines Turbofan-Triebwerks ange­ ordnet, so daß die Fühler direkt dem Triebwerkseinlaßluft­ strom ausgesetzt sind. Diese Lage der Fühler kann jedoch zu ungenauen Meßwerten oder sogar zum Verlust der Temperaturmeß­ möglichkeit führen. Es kann sich beispielsweise auf den Füh­ lern bei einigen atmosphärischen Bedingungen ein Eisbelag an­ sammeln oder die Fühler können durch Fremdobjekte beschädigt werden, beispielsweise durch den Aufprall von Vögeln oder von Erdteilchen, die auf die Fühler auftreffen. Eine noch größere Schwierigkeit kann sich ergeben, wenn die Fühler auf der inneren Oberfläche der Triebwerkseinlaßverkleidung angeordnet sind. Wenn ein Fühler oder ein Teil desselben abbricht, was beispielsweise vorkommen kann, wenn ein Vogel auf ihn aufprallt, wird das lose Teil durch den Fan oder den Verdichter eingesaugt und kann zu starker Beschädigung oder sogar zum Ausfall des Triebwerks führen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hilfsluft- Entnahmeeinrichtung zu schaffen, die Luft von außerhalb der Triebwerksgondel gleichzeitig zu Meß- und Kühlzwecken ausnutzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Kühlvermögen von Luft außerhalb der Triebwerksgondel ausgenutzt werden kann zum Kühlen von Triebwerkskomponenten, die innerhalb der Gondel angeordnet sind. Gleichzeitig kann die Einlaßlufttemperatur gemessen werden, ohne daß die Meßfühler unmittelbar im Einströmungskanal angeordnet sind; stattdessen befinden sie sich in einem geschützten Strömungskanal innerhalb der Triebwerksverkleidung.

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

Fig. 1 eine Querschnittansicht des vorderen Teils einer Gondel, die eine Seitenansicht des umschlossenen Turbofan-Triebwerks und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine Teilquerschnittansicht des Einlaßendes eines Luftführungsrohres in der dargestellten Anlage, das mit der Einlaßverkleidung verbunden ist, nach der Linie 2-2 von Fig. 1 und bei Blick in Richtung der Pfeile,

Fig. 2A eine weitere Methode des Gewinnens von Außen­ luft, bei der eine Anpreßdichtung benutzt wird, die mit der Fan-Verkleidungstür zusammenpaßt,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Elektro­ nikbaugruppe, von der Wandteile weggebrochen worden sind, um elektronische Bauelemente darin sowie eine Wärmetauscherkammer sichtbar zu machen, und

Fig. 4 eine Längsschnittansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer Strahlpumpe, die in der Kühlanlage enthalten ist.

Fig. 1 zeigt den vorderen Teil einer Gondel 1, die ein Gas­ turbinentriebwerk umschließt. Der dargestellte besondere Gas­ turbinentyp ist eine Turbofan-Gasturbine. Es können jedoch auch, wie oben erwähnt, andere Typen von Gas­ turbinen verwendet werden.

Der vordere Teil der Triebwerksgondel 1 enthält eine Triebwerksverkleidung 2 und eine Fan-Außenverkleidung 3. Radial innen von der Fan-Ver­ kleidung 3 befindet sich das Fan-Gehäuse 4. Das Fan-Gehäuse 4 ist insgesamt ringförmig und umgibt die Bestandteile der Fan-Baugruppe, zu denen der Fan-Rotor 5 (gestrichelt darge­ stellt) und eine Nabenhaube 6 gehören. Innerhalb der Gondel 1 und zwischen der Fan-Außenverkleidung 3 und dem Fan-Gehäuse 4 befindet sich ein ringförmiger Luftraum 7. Der ringförmige Luftraum 7 ist ein im wesentlichen hohles ringförmiges Ge­ biet und stellt daher einen geeigneten Ort zum Anbringen von verschiedenen Triebwerksteilen dar, wie den durch das Trieb­ werk angetriebenen Hilfsgeräten 8, die, beispielsweise, einen Starter, Hydraulikpumpen und eine Schmiermittelsaugpumpe um­ fassen.

Gemäß den Fig. 1 und 2 hat die Außenfläche der Triebwerksver­ kleidung 2 ein Loch 9. Das Loch 9 ist vorzugsweise unter der Mittellinie des Triebwerks angeordnet, was dazu führt, daß die Ebene seiner Öffnung unter die Horizontalebene weist, so daß sich in ihm Regen und Schnee nicht ansammeln können. Mit der Außenfläche der Verkleidung 2 ist an dem Loch 9 ein Luft­ führungsrohr 10 verbunden. Das Rohr 10 führt von der Triebwerks­ verkleidung 2 in den ringförmigen Luftraum 7. Eine alterna­ tive Anordnung für das Loch 9 und das Luftführungsrohr 10 ist in Fig. 2A gezeigt. Wenn die Fan-Außenverkleidung 3 anschar­ niert ist und geöffnet werden kann, um Triebwerksteile zu­ gänglich zu machen, wird sie als eine Fan-Verkleidungstür 3a bezeichnet. In der in Fig. 2A gezeigten Konfiguration ist das Loch 9 in der Außenfläche der Fan-Verkleidungstür 3a an­ geordnet. Da das Rohr 10 stehen bleibt, wenn die Fan-Verklei­ dungstür 3a geöffnet wird, ist eine flexible Dichtung 10a, die auch als Anpreß- oder "Kuß"-Dichtung bezeichnet wird, mit dem Ende des Rohres 10 verbunden, um die richtige Ausrichtung des Endes des Rohres auf das Loch 9 sicherzustellen, wenn die Tür geschlossen ist.

Innerhalb des ringförmigen Luftraums 7 sind Umgebungsfühler, wie die Luftzustandsfühler 11, vorzugsweise an Löchern 12 befestigt und erstrecken sich durch diese hindurch in das Rohr 10, um Umgebungsbedingungen, wie die Temperatur der Luft, darin abzufühlen. Da die Temperatur der Luft im äußeren Bereich 13 unmittelbar außerhalb des Loches 9 gleich der Temperatur der Luft stromaufwärts des Triebwerkseinlaßes ist, wird die Messung der Temperatur der Luft in dem Bereich 13, die in das Rohr 10 durch im folgenden näher beschriebene Vorrichtungen eingeleitet wird, effektiv mit der Einlaßlufttemperaturmes­ sung übereinstimmen. Geeignete Vorrichtungen (nicht gezeigt) werden benutzt, um die durch die Fühler gewonnene Information zu anderen Teilen des Triebwerks zu übertragen, die in Ab­ hängigkeit von der Einlaßlufttemperatur gesteuert werden.

Das Rohr 10 fördert Kühlluft zu einer zu kühlenden Einrichtung 14, wie beispielsweise einer Elektronikbaugruppe, die in dem ring­ förmigen Luftraum 7 angeordnet und vorzugsweise mit einem Wärmetauscher, der Teil der Baugruppe ist, ver­ bunden ist. Ein besonderes Beispiel einer solchen zu kühlenden Einrichtung ist in den Fig. 1 und 3 als eine Elektronikbaugruppe 14 dargestellt. Elektronische Bauelemente 15 innerhalb der Baugruppe 14 sind auf einer Grundplatte 16 befestigt. Die ent­ gegengesetzte Fläche der Grundplatte 16 liegt zu einer Wärme­ tauscherkammer 17 hin frei. Wenn die elektronischen Bau­ elemente 15 im Betrieb warm werden, wird die Wärme durch Wärmeleitung zur Grundplatte 16 übertragen, welche aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise ei­ nem Metall, hergestellt ist. Die Grundplatte 16 leitet ihrer­ seits Wärme zu der Luft, die in die Kammer 17 über ein Loch 18 aus dem Rohr 10 eintritt. Rippen 19 oder andere Vorrich­ tungen zur Vergrößerung der Oberfläche sind auf der Grundplat­ te 16 vorgesehen, um die Wirksamkeit der Wärmeleitung zu stei­ gern. Die Luft verläßt die Kammer 17 durch ein Loch 20 und strömt in ein Rohr 21. Die Luft strömt durch das Rohr 21 zu einer Luftpumpe 22, die in der Lage ist, Luft aus dem Bereich 13 zu veran­ lassen, durch das Loch 9 in das Rohr 10 zu strömen.

Ein Beispiel einer wirksamen Luftpumpe 22 ist in den Fig. 1 und 4 als eine Strahlpumpe 23 gezeigt. Unter Druck stehende Luft zum Betreiben der Strahlpumpe 23 wird aus dem Triebwerk abgezapft. Die Quelle für diese Druckluft kann, beispielsweise, Fan-Luft sein, die stromabwärts des Fan-Rotors in einem Turbofan-Triebwerk entnommen wird, oder Luft aus einer Zwischenstufe eines Ver­ dichters in irgendeinem Gasturbinentriebwerk. Diese Druck­ luft, die als Arbeitsmittel für die Strahlpumpe 23 dient, strömt von ihrer Quelle aus durch ein Luftrohr 24 hindurch und wird innerhalb der Strahlpumpe 23 über eine Düse 25 injiziert. Die injizierte Druckluftströmung erzeugt einen Druck in einem Bereich 26, der niedriger ist als der Druck in dem Be­ reich 13 außerhalb der Triebwerksverkleidung 2, wodurch die Luft in dem Bereich 13 veranlaßt wird, durch das Rohr 10 zu der Strahl­ pumpe 23 zu strömen.

Die Luft, die durch die Rohre 10 und 21 strömt, und die unter Druck stehende Luft, die durch das Rohr 24 strömt, werden in der Strahlpumpe 23 vereinigt. Der vereinigte Luftstrom verläßt die Strahlpumpe 23 über einen Auslaß 27 und kann, bei Bedarf, über Luftführungsverbindung, wie beispielsweise ein Rohr 28, weitergeleitet werden, um ausgewählte Bestandteile des Trieb­ werks zu kühlen und den ringförmigen Luftraum 7 innerhalb der Gondel 1 zu belüften.

In dem ringförmigen Luftraum 7 befinden sich verschiedene Triebwerksteile, zu denen beispielsweise die oben erwähnten, durch das Triebwerk angetriebenen Hilfsgeräte 8 gehören, die durch die Luft aus dem Luftführungsrohr 26 gekühlt werden.

Als Luftpumpe 22 können verschiedene Ausführungen verwendet werden, und sie kann stromabwärts der Wärmetauscherkammer 17 angeordnet und an der Kammer be­ festigt oder innerhalb der Kammer angeordnet sein.

Claims (5)

1. Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung an einer Triebwerksgondel (1) zwischen dem Triebwerkskern und der Triebwerksverkleidung (2) eines Gasturbinentriebwerks, mit einem Luftführungsrohr (10), von welchem ein Ende mit einem Loch (9) in einer äußeren Fläche der Triebwerksverkleidung (2) in Verbindung steht, wobei das Loch (9) in einer Ebene liegt, die im wesentlichen parallel zu der Luftströmung neben dem Loch (9) verläuft; gekennzeichnet durch

• a) wenigstens einen Luftzustandsfühler (11) innerhalb des Luftführungsrohres (10),
• b) eine zu kühlende Einrichtung (14), die mit dem anderen Ende des Luftführungsrohres (10) verbunden ist;
• c) eine Luftpumpe (22, 23), die mit der zu kühlenden Einrichtung (14) über ein Rohr (21) in Verbindung steht und Luft aus dem Bereich (13) außerhalb der Verkleidung (2) über den Luftzustandsfühler (11) und die zu kühlende Einrichtung hinwegsaugt, und
• d) eine Kühlluftverbindung (28), die Luft aus der Luftpumpe (22; 23) auf gewählte weitere Triebwerkskomponenten richtet.

2. Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in der Triebwerksgondel (1) zwischen der Fan-Außenverkleidung (3) und dem Fan-Gehäuse (4) angeordnet ist.

3. Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlende Einrichtung (14) eine Wärmetauscherkammer (17) aufweist.

4. Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Teil der Triebwerksverkleidung (2), in dem das Loch (9) angeordnet ist, relativ zu dem Luftführungsrohr (10) positionierbar ist und das Ende des Luftführungsrohres (10), das mit dem Loch (9) in Verbindung steht, eine flexible Dichtung (10a) aufweist derart, daß in wenigstens einer Position der Triebwerksverkleidung (2) das Luftführungsrorhr (10) mit dem Loch (9) über die flexible Dichtung (10a) in Verbindung steht.

5. Hilfsluft-Entnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß die Luftpumpe (22) als Luftstrahlpumpe (23) ausgebildet ist und mit Verdichter-Abzapfluft beaufschlagt wird.