DE3446205A1 - Vorrichtung zum kuehlen eines gasturbinentriebwerksteils, insbesondere einer elektronischen steuereinrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum kuehlen eines gasturbinentriebwerksteils, insbesondere einer elektronischen steuereinrichtung

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DE3446205A1
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Description

3A46205
9485.9-13LN-O1681 General Electric Company
Vorrichtung zum Kühlen eines Gasturbinentriebwerksteils, insbesondere einer elektronischen Steuereinrichtung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kühlvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerksteil und betrifft insbesondere eine Kühlvorrichtung für eine elektronische Triebwerkssteuereinrichtung.
Bei Gasturbinentriebwerken hat die Entwicklung zur Verwendung von elektronischen TriebwerksSteuereinrichtungen geführt, die die hydromechanischen Steuereinrichtungen ergänzen und in einigen Fällen ersetzen, damit eine größere Sicherheit und ein höherer Betriebswirkungsgrad erzielt werden. Eine elektronische Steuerbaugruppe ist jedoch temperaturempfindlicher als eine hydromechanische Steuereinrichtung und erfordert des-
halb eine stärkere Kühlung, damit ihre Zuverlässigkeit im normalen Betrieb erhalten bleibt und ihre Nutzlebensdauer verlängert wird.
Herkömmliche Kühlvorrichtungen sind relativ komplex und können den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks nachteilig beeinflussen. Verschiedene Wärmeableitungsquellen sind bereits benutzt worden, bei denen einzeln oder in Kombination ungestört oder außerhalb strömende Luft, Fan- oder Verdichterabzapfluft und sogar Triebwerksbrennstoff benutzt wird. Ein Beispiel des herkömmlichen Kühlhaltens einer Baugruppe an einem Gasturbinentriebwerk, wie beispielsweise einem Turbowellentriebwerk, besteht darin, die Baugruppe in einer Flugzeugzellengondel oder an einem Triebwerksrahmen zu installieren, d.h. an dem äußeren metallischen Gebilde des Triebwerks, wo die Temperatur relativ niedrig ist. An einem Turbofantriebwerk kann die Baugruppe in dem ringförmigen Luftraum innerhalb der Gondel zwischen dem Fangehäuse und der Gondel installiert werden, wo die Temperatur niedriger ist als unmittelbar an dem Triebwerkskern, weil dieser Teil der Gondel Abstand von dem Triebwerkskern hat.
Die Temperatur in der Flugzeugzellengondel eines Gasturbinentriebwerks ist jedoch noch zu warm, um einen bestmöglichen, langlebigen Betrieb zu gestatten, sofern nicht eine zusätzliche Kühlung benutzt wird. Eine solche zusätzliche Kühlung kann erreicht werden, indem Luft über die Baugruppe geblasen wird, und die zusätzliche Kühlung ist am vorteilhaftesten, wenn die kälteste verfügbare Luft benutzt wird, um die größte Kühlwirkung zu
erzielen.
Die Luftquelle, die üblicherweise zum Kühlen von Trieb werksteilen, wie beispielsweise einer elektronischen Steuerbaugruppe, benutzt wird, ist Luft, die aus den ersten Stufen des Verdichters des Triebwerks abgezapft wird, oder, bei einem Turbofantriebwerk, Fanluft von hinterhalb des Fans. Die Luft aus diesen Quellen hat jeweils einen durch den Verdichter oder den Fan erhöhten Druck und ist deshalb wärmer, weshalb eine solche Kühlluftquelle weniger erwünscht ist als nicht unter Druck gesetzte, unerwärmte, frei strömende Außenluft, die die Triebwerksgondel umgibt. Wenn Stauluft, d.h. die ungestört strömende Luft, die in das Flugzeugtrieb werk gedrückt wird, wenn sich das Flugzeug durch die Luft bewegt, zum Kühlen benutzt wird, gibt es keine Luftströmung, wenn das Flugzeug am Boden stillsteht.
Eine weitere herkömmliche Methode des Kühlens der elek tronischen Steuereinrichtung eines Triebwerks ist in der US-PS 4 351 150 beschrieben. Die darin beschriebene Zusatzkühlluftvorrichtung stellt eine Verbesserung gegenüber bekannten Vorrichtungen dar. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch relativ komplex und erfordert das zusätzliche Installieren von Luftleitungen und eine Strahlpumpe, die ebenfalls Verdichterabzapfluft benutzt, um Außenluft über die elektronische Steu ereinrichtung zu bewegen. Selbstverständlich wird durch die Verwendung von Abzapfluft in jeder Kühlvorrichtung der Gesamtgasturbinentriebwerkswirkungsgrad verringert.
Noch weitere herkömmliche Vorrichtungen zum Kühlen von elektronischen Baugruppen enthalten im allgemeinen verschiedene Wärmeableitrippen, von denen sich einige in einen Strömungskanal erstrecken, durch den Kühlluft durch ein Zusatzgebläse hindurchgetrieben wird. Die Verwendung von Rippen, die direkt in dem Strömungsweg innerhalb eines Gasturbinentriebwerks angeordnet sind, ist jedoch nicht bekannt, da jedwede Hindernisse in dem Strömungsweg die gewünschten aerodynamischen Strömungsprofile, beispielsweise in dem Einlaß des Fans oder des Verdichters, nachteilig beeinflussen könnten.
Eine weitere wichtige Funktion für den wirksamen Betrieb eines Gasturbinentriebwerks ist die Bestimmung der Triebwerkseinlaßlufttemperatur und des -drucks. Der Schub oder die Wellenleistung, die durch ein Gasturbinentriebwerk erzeugt wird, und die Triebwerkssteuereinstellungen sind zum Teil von der Temperatur und dem Druck der in das Triebwerk eintretenden Luft abhängig. Infolgedessen muß diese Einlaßluft gemessen werden, um die Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk so einzustellen, daß die gewünschte Ausgangsleistung erzielt wird.
Einlaßlufttemperatur- und -druckmeßfühler werden üblicherweise an Stellen an der Triebwerksgondel stromaufwärts des Triebwerksverdichters und im Falle eines Turbofantriebwerks stromaufwärts des Fans angeordnet, so daß die Meßfühler direkt dem Triebwerkseinlaßluftstrom ausgesetzt sind. Diese Lage der Meßfühler kann jedoch ungenaue Ablesungen ergeben oder
sogar zum Verlust der Temperatur- und Druckmeßfähigkeit führen. Auf den Meßfühlern kann sich nämlich beispielsweise ein Eisüberzug bei gewissen atmosphärischen Bedingungen ansammeln oder die Meßfühler können durch Fremdkörper beschädigt werden, beispielsweise durch Vögel oder Steine, die auf die Meßfühler auftreffen.
Eine noch ernstere Schwierigkeit kann sich ergeben, wenn die Meßfühler an der inneren Oberfläche der Triebwerkseinlaßhaube angeordnet sind. Wenn ein Meßfühler oder ein Teil desselben abbricht, was beispielsweise vorkommen kann, wenn ein Vogel auf ihn aufprallt, werden lose Teile durch den Fan oder den Verdichter angesaugt und können zu ernsten Schaden oder sogar zum Ausfall des Triebwerks führen. Deshalb werden üblicherweise Enteisungsvorrichtungen und Fremdkörperschutzvorrichtungen benutzt, um die Meßfühler zu schützen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Kühlen eines Teils eines Gasturbinentriebwerks zu schaffen.
Weiter soll durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung für eine elektronische Triebwerkssteuereinrichtung geschaffen werden, die keine Zusatzluftquelle oder Abzapfluft zur Kühlung erfordert.
Ferner soll durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen werden, die relativ einfach ist und bei der Triebwerkseinlaßluft als Kühlmittel benutzt wird.
- Bf -
Schließlich soll durch die Erfindung eine Kühlvorrichtung geschaffen werden, in die Temperatur- und Druckmeßfühler direkt eingebaut und dadurch geschützt sind.
Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zum Kühlen eines Teils in einem Gasturbinentriebwerk und insbesondere zum Kühlen einer elektronischen Steuereinrichtung des Triebwerks. Die Kühlvorrichtung weist ein Gehäuse zur Befestigung der Steuereinrichtung auf, das mehrere Wärmeübertragungsrippen hat, die sich von ihm nach außen erstrecken. Das Gehäuse ist in dem Triebwerk stromaufwärts eines Verdichters und an einem Frontrahmen befestigt, der eine Öffnung hat, durch die sich die Rippen erstrecken. Der Frontrahmen begrenzt einen Strömungsweg zu dem Verdichter, und die Rippen erstrekken sich in den Strömungsweg, ohne das aerodynamische Luftströmungsprofil desselben nachteilig zu beeinflussen. In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Rippen im wesentlichen nur zu einer inneren Oberfläche des Frontrahmens, und das Gehäuse enthält Temperatur- und Druckmeßfühler, die unterhalb der Wurzelabschnitte der Rippen angeordnet sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Teillängsschnittansicht eines Flugzeuggasturbinentriebwerks mit einer Ausführungsform einer Kühlvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Unteransicht der Kühlvorrich
tung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Teilschnittansicht der Kühlvorrichtung nach Fig. 1 auf der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilschnittansicht der Kühlvor
richtung nach Fig. 2 auf der Linie 4-4 und
Fig. 5 eine Teilschnittansicht der Kühlvor
richtung nach Fig. 2 auf der Linie 5-5.
Fig. 1 zeigt eine Teillängsschnittansicht eines als Beispiel gewählten Flugzeuggasturbinentriebwerks 10, das eine Vorrichtung zum Kühlen eines Triebwerksteils, beispielsweise einer elektronischen Triebwerkssteuereinrichtung 12, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält. Das Triebwerk 10 enthält ein Kerntriebwerk 14, das einen Verdichter 16, eine Brennkammer 18 und eine Turbine 20 hat, die in Strömungsrichtung längs einer Triebwerkslängsmittellinie in Reihe angeordnet sind. Das Kerntriebwerk 14 ist in einem ringförmigen Rahmen oder Gehäuse 22 befestigt, das einen Frontrahmenteil 24 aufweist, welcher sich vorderhalb oder stromaufwärts des Verdichters 16 erstreckt. Der Frontrahmen 24 hat eine radial äußere Oberfläche 26 und eine radial innere Oberfläche 28, wobei die innere Oberfläche 28 einen ringförmigen Strömungsweg 30 begrenzt, der zu dem Verdichter 16
-erführt.
Das Triebwerk 10 weist außerdem einen ringförmigen inneren Rahmen 32 auf, der sich ebenfalls in stromauf wärtiger Richtung von dem Verdichter 16 aus erstreckt und eine innere Begrenzung für den Strömungsweg 30 bildet. Radial außerhalb und mit Abstand von dem Kerntriebwerk 14 ist eine Flugzeugzellengondel 34 angeordnet, die eine Außenhaut für das Triebwerk 10 bildet und einen Gondelhohlraum 36 zwischen der Gondel 34 und dem Gehäuse 22 begrenzt. Mit Ausnahme einer Triebwerksteilkühlvorrichtung nach der Erfindung, die insgesamt mit 38 bezeichnet ist, ist das Triebwerk 10 herkömmlich aufgebaut und wird deshalb nicht weiter im einzelnen beschrieben.
Die Triebwerksteilkühlvorrichtung 38 nach der Erfindung bildet eine relativ einfache und wirksame Kühlvorrichtung, die insbesondere zum Kühlen der elektronischen Triebwerkssteuereinrichtung 12 geeignet ist. Die Kühlvorrichtung 38 hat ein geeignet geformtes Gehäuse 40, in welcher die elektronische Steuereinrichtung 12 befestigt ist, und mehrere Wärmeübertragungsrippen 42, die sich von dem Gehäuse 40 nach außen erstrecken. Die Kühlvorrichtung 38 hat außerdem eine öffnung 44, die sich durch den Frontrahmen 24 erstreckt und in welcher die Wärmeübertragungsrippen 42 des Gehäuses 40 angeordnet sind. Das Gehäuse 40 ist an der radial äußeren Oberfläche 26 des Frontrahmens 24 so befestigt, daß sich die Rippen 42 durch die öffnung 44 und in den Strömungsweg 30 erstrecken.
Im Betrieb ist die elektronische Steuereinrichtung 12 den relativ hohen Temperaturen ausgesetzt, die in dem Gondelhohlraum 36 auftreten, und den Temperaturen, die durch die elektronische Steuereinrichtung 12 selbst erzeugt werden. Wärme wird von der elektronischen Steu ereinrichtung 12 thermisch zu dem Gehäuse 40 übertragen und über die Rippen 42 an den relativ kalten, ungestört strömenden Einlaßluftstrom 46 abgegeben, der in das Triebwerk 10 eintritt und über den Strömungsweg 30 zu dem Verdichter 16 geleitet wird. Der Verdichter 16 selbst wirkt als Antrieb für den Luftstrom 46, ungeachtet dessen, ob das Triebwerk am Boden still steht oder in einem Flugzeug ist, das gerade fliegt.
Für einen wirksamen Betrieb des Triebwerks 10 ist der Strömungsweg 30 üblicherweise so konstruiert, daß der Luftstrom 46 minimal behindert wird, um unerwünschte aerodynamische Luftströmungsprofile an einem Einlaß 48 des Verdichters 16 zu verhindern, die die Leistungs fähigkeit des Verdichters 16 nachteilig beeinflussen könnten. Demgemäß hat die Kühlvorrichtung 38 nach der Erfindung im folgenden beschriebene Merkmale, die jede nachteilige Auswirkung durch das Vorhandensein der Rip pen 42 in dem Strömungsweg 30 verringern.
Gemäß den Fig. 1 und 3 erstrecken sich die Rippen 42 nur eine Strecke in den Strömungsweg 30, die in bezug auf die radiale Ausdehnung des Strömungsweges 30 relativ kurz ist, damit Wärme wirksam von dem Gehäuse 40 abgeleitet, die Leistungsfähigkeit des Verdichters 16 aber nicht nachteilig beieinflußt wird. Bevorzugt erstrecken sich die Rippen 42 im wesentlichen nur bis zu
- να -
der inneren Oberfläche 28 des Frontrahmens 24 in den Strömungsweg 30. Es ist weder notwendig noch erwünscht, daß sich die Rippen 42 auf einer Strecke in den Strömungsweg 30 erstrecken, die die Leistungsfähigkeit des Verdichters 16 nachteilig beeinflussen würde.
Selbstverständlich muß das erforderliche Ausmaß der Erstreckung der Rippen 42 in den Strömungsweg 30 für jedes Triebwerk bestimmt werden. Dem Fachmann ist jedoch bekannt, daß während des Triebwerksbetriebes die längs der inneren Oberfläche 28 strömende Luft eine Oberflächenluftströmungsgrenzschicht 50 erzeugen wird/ die eine Dicke B hat. Es wird bevorzugt, daß sich die Rippen 42 wenigstens um die Dicke B der Grenzschicht 50 in den Strömungsweg 30 erstrecken, damit die wirksame Wärmeübertragung von den Rippen 42 aus erfolgt. Beispielshalber brauchen sich bei einem Gasturbinentriebwerk 10, das eine Wellennennleistung von etwa 5000 PS hat und eine elektronische Steuereinrichtung 12 aufweist, die eine Verlustleistung von ungefähr 60 W hat, die Rippen 42 nur um eine Strecke von etwa 5,0 mm über die innere Oberfläche 28 hinaus und in den Strömungsweg 30 zu erstrecken, was, wenn es mit der radialen Ausdehnung des Strömungsweges 30 von etwa 2500 mm verglichen wird, deshalb eine Ausdehnung im wesentlichen bis zu der inneren Oberfläche 28 ist.
Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungs form der Erfindung mit Rippen 42, die aerodynamisch geformt sind, um jedwedes Hindernis für den Luftstrom 46 in dem Strömungsweg 30 zu minimieren. Es sind meh-
rere im wesentlichen parallele, gegenseitigen Abstand aufweisende, rechteckige Rippen 42 vorgesehen, die jeweils eine Längsmittelachse 52 haben, die im wesentlichen parallel zu der Richtung der Bewegung des Luftstroms 46 in dem Strömungsweg 30 ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Unter- bzw. Seitenansicht der Rippen 42, welche diese bevorzugte Ausrichtung der Rippen 42 zu dem Luftstrom 46 in diesen beiden Ebenen veranschaulichen.In den Fig. 2 und 3 sind der Frontrahmen 24 und der Luftstrom 46 gegen die Triebwerkslängsmittelachse geneigt, und demgemäß ist die Längsachse 52 der Rippen 42 parallel zu dem Rahmen 24 und dem Luftstrom 46 ausgerichtet.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 haben die
/Fuß- oder
Rippen 42 einen Wurzelabschnitt 54 und einen Spitzenabschnitt 56, die an entgegengesetzten Querenden der Rippen angeordnet sind. Ein Mittelabschnitt 58 ist gleichabständig zwischen dem Wurzelabschnitt 54 und dem Spitzenabschnitt 56 angeordnet und erstreckt sich längs der Längsachse 52. Der Wurzelabschnitt 54 ist an einer äußeren Oberfläche 60 des Gehäuses 40 befestigt und vorzugsweise an dieser angeformt. Der Spitzenabschnitt 56 ist in dem Strömungsweg 30 angeord net und im wesentlichen parallel zu und in radialem Abstand einwärts von der inneren Oberfläche 28 des Frontrahmens 24 angeordnet (vgl. Fig. 3).
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Rahmens 24, des Gehäuses 40 und der Rippen 42. In dieser Schnittansicht ist die innere Oberfläche 28 des Frontrahmens 24 in einem Abstand von der Längsmittellinie des Triebwerks 10 angeordnet, der gleich einem ersten Radius R1 ist.
Die Mittelabschnitte 58 der Rippen 42 sind in ihrer Ausdehnung auf die innere Oberfläche 28 und längs eines zweiten Radius R2 ausgerichtet, der im wesentlichen die gleiche Größe wie der erste Radius R- hat. Wenn im wesentlichen gleiche Rippen 42 benutzt werden, bewirkt diese Anordnung, daß die Spitzenabschnitte 56 längs eines dritten Radius R3 ausgerichtet sind, der kleiner als der zweite Radius R- und im wesentlichen konzentrisch zu und in radialem Abstand einwärts von der inneren Oberfläche 28 des Frontrahmens 24 ist. Selbstverständlich können unterschiedlich große Rippen 42 benutzt werden, es wird jedoch bevorzugt, daß die Spitzenabschnitte 56 längs des dritten Radius R3 und in dem Strömungsweg 30 ausgerichtet sind, um eine aerodynamischere glatte Ausrichtung der Rippen 42 zu erzielen und die Behinderung des Luftstroms 46 in dem Strömungsweg 30 zu minimieren .
Weiter sind die Wurzelabschnitte 54 insgesamt konzentrisch zu und mit Abstand radial außerhalb von oder vertieft von der inneren Oberfläche 28 des Frontrahmens 24 auf einem vierten Radius R, ausgerichtet, der größer als der erste Radius R1 ist. In dieser bevorzugten Anordnung erstreckt sich ein Teil der Rippen 42 in den Strömungsweg 30, und ein Teil bleibt vertieft unterhalb der inneren Oberfläche 28. Der Luftstrom 46 wird jedoch in die öffnung 44 und zwischen den Wurzelabschnitten 54 der Rippen 42 strömen, um diese zu kühlen. Die vertiefte Anordnung der Rippen 42 gestattet, deren Kühlwirkungsgrad zu erhöhen, der sonst nur durch Rippen 42 erzielbar wäre, die sich weiter in den Strömungsweg 30 hinein erstrecken.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist das Vorsehen wenigstens eines Umgebungsmeßfühlers in dem Gehäuse 40 an den Rippen 42 zum Messen von Kennwerten des Luftstroms
46 in dem Strömungsweg 30. Fig. 2 zeigt die Lage von zwei Umgebungsmeßfühlern, nämlich eines Temperaturmeßfühlers 62, der an einem stromaufwartigen Ende 64 der Rippen 42 angeordnet ist, und eines Druckmeßfühlers 66, der an einem stromabwärtigen Ende 68 der Rippen 42 angeordnet ist.
Die Meßfühler 62 und 66 sind in dem Gehäuse 40 angeordnet und mit der darin untergebrachten elektronischen Steuereinrichtung 12 elektrisch verbunden. Auf diese Weise werden eine zusätzliche Verdrahtung und Schutzvorrichtungen, die sonst erforderlich wären, nicht benötigt. Die Meßfühler 62 und 66 sind vor einer Beschädigung durch Fremdkörper durch die Rippen 42 selbst, die rechteckig und relativ massiv sind, geschützt. Da die Rippen 42 Wärme von dem Gehäuse 40 während des Betriebes wegleiten, sind die Meßfühler 62 und 66 vor Vereisung geschützt, ohne daß zusätzliche Gebilde erforderlich sind, die gewöhnlich als Vereisungsschutz von Umgebungsmeßfühlern in einem Triebwerk vorgesehen werden.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 3, 4 und 5 sind die Meßfühler 62 und 66 bevorzugt in dem Gehäuse 40 und an oder unterhalb der Wurzelabschnitte 54 angeordnet, damit beispielsweise ein erhöhter Schutz vor Fremdkörpern besteht. Die Fig. 3 und 4 zeigen die bevorzugte Lage des Temperaturmeßfühlers 62. Der Temperaturmeßfühler 62 ist an dem stromaufwärtigen Ende 64 (vgl. Fig. 2) der Rippen 42 angeordnet, so daß er hauptsächlich die Temperatur des Luftstroms 46 abfühlt, bevor dieser durch die Rippen 42 erhitzt wird. Der Meßfühler 62 ist in dem Gehäuse 40 unterhalb der äußeren Oberfläche 60 befestigt, wobei er mit dieser durch einen Kanal verbunden ist, oder stattdessen
an der äußeren Oberfläche 60 und von dieser durch eine Wärmeisolierung 70 thermisch isoliert. Demgemäß wird der Temperaturmeßfühler 62 die Temperatur des Luftstroms 46 in dem Strömungsweg 30 mit relativ geringfügigen üngenauigkeiten aufgrund der Heizwirkung der Rippen 42 messen.
Der Druckmeßfühler 66 ist ausführlicher in den Fig. 3 und 5 gezeigt. Der Druckmeßfühler 66 ist an dem stromabwärtigen Ende 68 der Rippen 42 angeordnet (vgl. Fig. 2). Das Gehäuse 40 enthält einen Kanal 72, der sich von der äußeren Oberfläche 60 aus zu dem Meßfühler 66 erstreckt, um den Luftstrom 46 aus dem Bereich zwischen den Rippen 42 zu dem Meßfühler 66 zu leiten.
Demgemäß ist die Kühlvorrichtung 38 nach der Erfindung eine relativ einfache und wirksame Vorrichtung zum Kühlen der elektronischen Steuereinrichtung 12, wobei der in den Verdichter 16 gesaugte Luftstrom 46 als Wärmeableiter benutzt wird. Die Kühlvorrichtung 38 hat die bevorzugten Wärmeübertragungsrippen 42, die die Wärme von der elektronischen Steuereinrichtung 12 wegleiten, ohne das bevorzugte aerodynamische Profil des sich zu dem Verdichter 16 bewegenden Luftstroms 46 nachteilig zu beeinflussen. Weiter sind durch die Befestigung der Meßfühler 62 und 66 direkt in dem Gehäuse 40 an den Wurzelabschnitten 54 der Wärmeübertragungsri'ppen 42 die zusätzliche Verdrahtung, die zusätzliche Luftleitungsverlegung und der zusätzliche Schutz, die im Stand der Technik erforderlich sind, nicht mehr notwendig. Weiter bieten die Rippen 42 den Meßfühlern 62 und 66 Schutz vor einer Beschädigung durch Fremdkörper und verhindern die Vereisung der Meßfühler, was beides beträchtliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik
darstellt.
Es ist zwar eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden, dem Fachmann bieten sich jedoch weitere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung an. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 38 auch in einem Turbofantriebwerk benutzt und vorderhalb des Fans desselben oder zwischen dem Fan und dem Verdichterabschnitt angeordnet werden. Andere Arten von Rippenanordnungen können ebenfalls benutzt werden, solange sie ausreichend stabil sind wie die bevorzugten rechteckigen Rippen 42, um die Möglichkeit einer Beschädigung der Rippen 42 durch Fremdkörper auf ein Minimum zu reduzieren, weil die Rippen, wenn sie brechen würden, in den Verdichter 16 eingesaugt würden und möglicherweise einen nachteiligen Einfluß auf das Triebwerk 10 haben könnten.

Claims (23)

Ansprüche :
1.) Vorrichtung zum Kühlen eines Teils eines Gasturbinentriebwerks, das einen Verdichter (16) hat, der in einem ringförmigen Rahmen G2)befestigt ist, wobei der Rahmen einen Frontrahmenteil (24) hat, welcher sich stromaufwärts des Verdichters (16) erstreckt, wobei der Frontrahmen (24) radial äußere und innere Oberflächen (26, 28) hat und wobei die innere Oberfläche (28) einen Strömungsweg (30) zu dem Verdichter (16) begrenzt, gekennzeichnet durch:
eine Öffnung (44), die sich durch den Frontrahmen (24) erstreckt; und
ein Gehäuse (40), in welchem das Triebwerksteil (12) befestigbar ist und von welchem aus sich mehrere Wärmeübertragungsrippen (42) nach außen erstrecken; wobei das Gehäuse an der radial äußeren Oberfläche (26)
des Frontrahmens (24) so befestigt ist, daß sich die Wärmeübertragungsrippen (42) durch die Öffnung (44) und in den Strömungsweg (30) erstrecken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (42) in den Strömungsweg (30) im wesentlichen nur bis zu der inneren Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) erstrecken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (42) auf einer Strecke in den Strömungsweg (30) erstrecken, die größer ist als die Dicke (B) der Luftstromgrenzschicht (50), welche im Betrieb an der inneren Oberfläche (28) gebildet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (42) aerodynamisch geformt sind, um eine Behinderung des Luftstroms (46) in dem Strömungsweg (30) zu minimieren.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Rippen (42) mehrere im wesentlichen parallele, gegengenseitigen Abstand aufweisende, rechteckige Rippen vorgesehen sind/ die jeweils eine Längsachse (52) haben, welche im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Luftstroms (46) in dem Strömungsweg (30) gerichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (42) jeweils einen Wurzel- und einen Spitzenabschnitt (54, 56) aufweisen, die an ihren entgegengesetzten Enden angeordnet sind, wobei der Wurzelabschnitt (54) an dem Gehäuse (40) befestigt und der
Spitzenabschnitt (56) in dem Strömungsweg (30) angeordnet ist und wobei der Spitzenabschnitt (56) im wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) ausgerichtet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet/ daß die Rippen (42) weiter jeweils einen Mittelabschnitt (58) aufweisen, der gleichabständig zwischen dem Wurzel- und dem Spitzenabschnitt (54, 56) angeordnet ist, wobei die Mittelabschnitte (58) der Rippen (4 2) gleich weit ausgedehnt wie die innere Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) ausgerichtet sind und wobei die Spitzenabschnitte (56) der Rippen (42) auf die innere Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) ausgerichtet und mit Abstand von derselben angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) einen Umgebungsmeßfühler (62; 66) aufweist, der darin an den Wärmeübertragungsrippen (42) angeordnet ist, um einen Kennwert des Luftstroms (46) in dem Strömungsweg (30) zu messen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) eine äußere Oberfläche (60) aufweist und daß die Rippen (42) Wurzelabschnitte (54) aufweisen, die sich von der äußeren Oberfläche aus erstrecken, wobei der Meßfühler (62; 66) in dem Gehäuse (40) und unterhalb der Wurzelabschnitte (54) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) einen Kanal (72) aufweist, der sich von der äußeren Oberfläche (60) aus zu dem Meßfühler (66) erstreckt, um Luft aus dem Bereich zwischen den Rippen (42) zu dem Meßfühler zu leiten.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein Temperaturmeßfühler (62) ist, der von dem Gehäuse (40) thermisch isoliert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein Druckmeßfühler (66) ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (12) eine elektronische Steuereinrichtung für das Gasturbinentriebwerk (10) ist.
14. Vorrichtung zum Kühlen der elektronischen Steuereinrichtung eines Gasturbinentriebwerks, das einen Verdichter (16) aufweist, der in einem ringförmigen Rahmen (22) angebracht ist, wobei der Rahmen einen Frontrahmenteil (24) hat, der sich stromaufwärts des Verdichters (16) erstreckt, wobei der Frontrahmen (24) eine radial äußere und eine radial innere Oberfläche (26, 28) hat und wobei die innere Oberfläche (28) einen Strömungsweg (30) zu dem Verdichter (16) begrenzt, gekennzeichnet durch:
eine öffnung (44), die sich durch den Frontrahmen (24) erstreckt; und
ein Gehäuse (40), in welchem die elektronische Steuereinrichtung (12) befestigt ist und welches mehrere Wärmeübertragungsrippen (42), die sich von ihm aus nach außen erstrecken, und einen Umgebungsmeßfühler (62; 66) aufweist, der in ihm an den Wärmeübertragungsrippen (42) angeordnet ist und mit der elektronischen Steuereinrichtung (12) verbindbar ist;
wobei das Gehäuse (40) an der radial äußeren Oberfläche (26) des Frontrahmens (24) so befestigt ist, daß sich die Wärmeübertragungsrippen (42) durch die öffnung (44) und in den Strömungsweg (30) erstrecken, wobei die Wärme-
Übertragungsrippen (42) Wärme ableiten, die durch die elektronische Steuereinrichtung (12) erzeugt wird, und wobei der Umgebungsmeßfühler (62; 66) einen Kennwert des Luftstroms (46) mißt, der durch den Strömungsweg (30) hindurchbewegbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) eine äußere Oberfläche (60) aufweist und daß die Rippen (42) jeweils einen Wurzelabschnitt (54) aufweisen, der an der äußeren Oberfläche (26) befestigt ist, wobei der Meßfühler (62; 66) in dem Gehäuse (40) und unterhalb der Wurzelabschnitte (54) angeordnet ist und wobei das Gehäuse (40) einen Kanal (72) aufweist, der sich von der äußeren Oberfläche (60) aus zu dem Meßfühler (66) erstreckt, um den Luftstrom (46) aus dem Bereich zwischen den Rippen (42) zu dem Meßfühler zu leiten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein Temperaturmeßfühler (62) ist, der von dem Gehäuse (40) thermisch isoliert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Rippen (42) mehrere im wesentlichen parallele, gegenseitigen Abstand aufweisende, rechteckige Rippen vorgesehen sind, die jeweils eine Längsachse (52) haben, welche im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Luftstroms (46) in dem Strömungsweg
(30) ausgerichtet ist, wobei die Rippen (42) jeweils einen Wurzel- und einen Spitzenabschnitt (54, 56) an ihren entgegengesetzten Enden haben, wobei der Wurzelabschnitt (54) an dem Gehäuse (40) befestigt ist und wobei die Spitzenabschnitte (56) in dem Strömungsweg (30) angeordnet und im wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) ausgerichtet sind.
18. Vorrichtung zum Kühlen der elektronischen Steuereinrichtung eines Gasturbinentriebwerks, das einen Verdichter (16) hat, der in einem ringförmigen Rahmen (22) angeordnet ist, wobei der Rahmen einen Frontrahmenteil (24) hat, der sich stromaufwärts des Verdichters (16) erstreckt, wobei der Frontrahmen (24) eine radial äußere und eine radial innere Oberfläche (26, 28) hat und wobei die innere Oberfläche (28) einen Strömungsweg (30) zu dem Verdichter (16) begrenzt, gekennzeichnet durch: eine Öffnung (44), die sich durch den Frontrahmen (24) erstreckt; und
ein Gehäuse (40), in welchem die elektronische Steuereinrichtung (12) befestigbar ist und welches mehrere im wesentlichen parallele, gegengenseitigen Abstand aufweisende, rechteckige Wärmeübertragungsrippen (42) aufweist, die jeweils eine Längsachse (52) und einen Wurzel- sowie einen Spitzenabschnitt (54, 56), die an ihren entgegengesetzen Querenden angeordnet sind, haben, wobei die Wurzelabschnitte (54) an einer äußeren Oberfläche (60) des Gehäuses (40) befestigt sind;
wobei das Gehäuse (40) an einer radial äußeren Oberfläche (26) des Frontrahmens (24) so befestigt ist, daß sich die Wärmeübertragungsrippen (42) durch die Öffnung (44) erstrecken und die Längsachse (52) im wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Stroms (46) in dem Strömungsweg (30) angeordnet ist, wobei die Spitzenabschnitte (56) im wesentlichen parallel zu der inneren Oberfläche (28) des Frontrahmens (24) ausgerichtet und in dem Strömungsweg (30) angeordnet sind; und
wobei das Gehäuse (40) einen Temperatur- und einen Druckmeßfühler (62, 66), die unterhalb der äußeren Oberfläche (60) angeordnet sind, und Kanäle (72) aufweist, die sich von der äußeren Oberfläche (60) aus zu den Meßfühlern erstrecken, um den Luftstrom (46) aus dem Bereich zwischen den Rippen (42) zu den Meßfühlern zu leiten, welch letztere mit der elektronischen Steuereinrichtung (12) elektrisch verbunden sind.
19. Elektronische Steuervorrichtung, gekennzeichnet durch:
ein Gehäuse (40), das eine elektronische Steuereinrichtung (12) aufnimmt und eine äußere Oberfläche (60) hat; mehrere Wärmeübertragungsrippen (42), die sich von der äußeren Oberfläche (60) des Gehäuses (40) aus erstrekken;
einen Umgebungsmeßfühler (62; 66), der in dem Gehäuse (40) an den Wärmeübertragungsrippen (42) angeordnet und mit der elektronischen Steuereinrichtung (12) verbindbar ist.
20. Steuervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsrippen (42) mehrere im wesentlichen parallele, gegenseitigen Abstand aufweisende, rechteckige Rippen sind, die jeweils eine Längsachse (52) sowie einen Wurzel- und einen Spitzenabschnitt (54, 56), welche an entgegengesetzten Querenden derselben angeordnet sind, haben, wobei der Wurzelabschnitt (54) an der äußeren Oberfläche (60) des Gehäuses (40) befestigt ist und wobei der Meßfühler (62; 66) in dem Gehäuse (40) und unterhalb der Wurzelabschnitte (54) angeordnet ist.
21. Steuervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) einen Kanal (72) aufweist, der sich von der äußeren Oberfläche (60) aus zu dem Meßfühler (66) erstreckt, um Luft aus dem Bereich zwischen den Rippen (42) zu dem Meßfühler zu leiten.
22. Steuervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler ein Temperaturmeßfühler (62) ist, der von dem Gehäuse (40) thermisch isoliert ist.
23. Steuervorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch zwei Umgebungsmeßfühler (62, 66), die in dem Gehäuse (40) angeordnet sind und bei denen es sich um einen Temperaturmeßfühler (62) und um einen Druckmeßfühler (66) handelt.
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