EP2007971A1 - Einrichtung zur detektion eines wellenbruchs an einer gasturbine sowie gasturbine - Google Patents

Einrichtung zur detektion eines wellenbruchs an einer gasturbine sowie gasturbine

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EP2007971A1
EP2007971A1 EP07722167A EP07722167A EP2007971A1 EP 2007971 A1 EP2007971 A1 EP 2007971A1 EP 07722167 A EP07722167 A EP 07722167A EP 07722167 A EP07722167 A EP 07722167A EP 2007971 A1 EP2007971 A1 EP 2007971A1
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EP
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turbine
rotor
sensor element
stator
flow direction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07722167A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alastair Mcintosh
Christopher Bilson
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG, MTU Aero Engines GmbH filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/02—Shutting-down responsive to overspeed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/04—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position
    • F01D21/045—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to undesired position of rotor relative to stator or to breaking-off of a part of the rotor, e.g. indicating such position special arrangements in stators or in rotors dealing with breaking-off of part of rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/80—Diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/90—Braking

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a shaft fracture on a gas turbine, in particular on a gas turbine aircraft engine. Furthermore, the invention relates to a gas turbine.
  • Gas turbines designed as aircraft engines have at least one compressor, at least one combustion chamber and at least one turbine.
  • Aircraft engines are known from the prior art, on the one hand have three upstream of the combustion chamber positioned compressor and three positioned downstream of the combustion chamber turbines.
  • the three compressors are a low-pressure compressor, a medium-pressure compressor and a high-pressure compressor.
  • the three turbines are a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine and a low-pressure turbine.
  • the rotors of high-pressure compressor and high-pressure turbine, medium-pressure compressor and medium-pressure turbine and low-pressure compressor and low-pressure turbine are connected by a respective shaft, wherein the three shafts surround each other concentrically and are thus interleaved.
  • the intermediate-pressure compressor of the medium-pressure turbine can no longer extract any work or power, which can then lead to an overspeed at the medium-pressure turbine.
  • Such spin-off of the medium-pressure turbine must be avoided, as this can damage the entire aircraft engine.
  • a shaft break on a gas turbine must be reliably detectable in order to interrupt a fuel supply to the combustion chamber when a shaft fracture occurs.
  • Such a detection of a wave fracture is particularly difficult if the gas turbine, as described above, has three concentrically enclosing and thus nested waves. In this case, prepare especially the detection of a shaft break of the middle wave, which couples the medium-pressure turbine with the medium-pressure compressor, difficulties.
  • a similar problem also arises with stationary gas turbines.
  • a device for detecting a shaft fracture on a gas turbine in which between the last seen in the flow direction, rotor side blade ring of a first turbine and a flow direction in the first, stator side vane ring of a second turbine radially inside an actuating element is arranged, which cooperates with a transmission element which extends in the radial direction through the flow direction in the first stator-side vane ring of the second turbine.
  • the present invention is based on the problem to provide a novel device for detecting a shaft fracture on a gas turbine.
  • This problem is solved by a device for detecting a shaft fracture on a gas turbine in the sense of claim 1.
  • a device for detecting a shaft fracture on a rotor of a turbine of a gas turbine is proposed, wherein downstream of the turbine at least one stator-side sensor element is positioned, and wherein at a shaft break of the rotor of the turbine, a radially inner portion of a last seen in the flow direction, Rotor-side blade ring of the turbine with the or each sensor element directly or directly cooperates to generate a wave breaking, corresponding electrical signal.
  • the gas turbine according to the invention is defined in claim 9.
  • Fig. 1 shows a detail of a gas turbine according to the invention with a device according to the invention for detecting a shaft fracture on a gas turbine according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a gas turbine according to the invention, namely an aircraft engine, between a rotor of a medium-pressure turbine 10 and a stator of a low-pressure turbine 11.
  • the rotor of the medium-pressure turbine 10 has a downstream section of a rotor blade 12 of the last rotor blade ring viewed in the flow direction (arrow 13) the medium-pressure turbine 10 shown.
  • a guide vane 14 of the first vane ring of the low-pressure turbine 11 and a housing section 15 seen in the flow direction (arrow 13) is shown.
  • the first or leading vane ring of the low-pressure turbine 11 seen in the flow direction accordingly adjoins the last or rearmost blade ring of the medium-pressure turbine 10, as seen in the flow direction.
  • a high pressure turbine is positioned upstream of the medium pressure turbine 10.
  • the rotors of high-pressure turbine and high-pressure compressor, medium-pressure turbine and medium-pressure compressor and low-pressure turbine and low-pressure compressor connected by one shaft these three shafts surround each other concentrically and thus interleaved are.
  • At least one sensor element 16 is positioned in the area of the first stator-side vane ring of the low-pressure turbine 11, as seen in the flow direction.
  • the or each sensor element 16 acts to detect a shaft fracture with a radially inner portion 17 of seen in the flow direction (arrow 13), the last rotor side blade ring of the intermediate-pressure turbine 10 such that at a shaft break seen in the flow direction rearmost or last blade ring of the medium-pressure turbine 10th with the radially inner portion 17, the sensor element 16 directly or directly contacted.
  • the or each sensor element 16 is preferably formed as an electrical conductor, which is severed at a shaft break from the radially inner portion 17 of the last seen in the flow direction of the rotor blade ring of the intermediate-pressure turbine 10 so as to generate a corresponding to the shaft breakage electrical signal and to a non-illustrated Transfer switching element.
  • the or each trained as a conductor sensor element 16 is thereby severed by the radially inner portion 17 of the last seen in the flow direction of the rotor blade ring of the central pressure turbine 10.
  • the section 17 is designed as a flow-projecting projection of a blade platform 18 of the rotor blades 12 of the last rotor blade ring of the medium-pressure turbine 10, viewed in the direction of flow.
  • the sensor element 16 shown in Fig. 1 is guided in a recess formed as a bore 19 of a stator vane 14 of the flow direction forermost guide vane ring of the low-pressure turbine 11, wherein the bore 19 extends substantially in the radial direction of the vane 14 and the guide vane 14 in a straight line penetrates.
  • the sensor 16 can be inserted from the outside into the bore 19 of the guide blade 14 and can be brought out of the bore 19 for maintenance purposes or cleaning purposes.
  • the sensor element 16 thus forms a line replaceable unit, which can be uninstalled for maintenance of the gas turbine and then reinstalled without disassembly of the gas turbine.
  • the sensor element 16 extends into a radially inner region of a flow channel, which is formed between the last rotor-side blade ring of the medium-pressure turbine 10 and the first guide blade ring of the low-pressure turbine 11 viewed in the flow direction.
  • a section 21 radially adjoining this section 20 of the sensor element 16 and a section 22 radially adjoining this section 20 of the sensor element 16 are guided in the bore 19 of the guide blade 14 and accordingly sheathed by the vane 14 and thus protected. This ensures that when, in the event of a shaft break, the section 17 of the rotor blade 12 strikes the section 20 of the sensor element 16, this section 20 of the sensor element 16 is not merely bent but severed by the section 17 of the rotor blade 12.
  • the or each sensor element 16 is preferably designed as an electrical conductor, wherein, according to a particularly preferred development of the present invention, the or each sensor element 16 is designed as a thermocouple.
  • thermocouples are resistant to oxidation, which is advantageous in particular with regard to the section 20 of the sensor element 16, which is uncoated or unprotected in the flow channel.
  • a shaft break in particular of a low-pressure turbine, can be detected by the fact that, if such a shaft break occurs, the last rotor-side rotor blade of the medium-pressure turbine 10, viewed in the direction of flow, projects the section through the section 17 projecting in the direction of flow 20 of the sensor element 16 is severed.
  • a corresponding signal indicative of a shaft break is transmitted from the sensor element 16 to a control device, not shown, which, depending on this, interrupts a fuel supply to a combustion chamber of the gas turbine.
  • a device for detecting a shaft fracture on a rotor of a gas turbine wherein a radially inner portion of a seen in the flow direction last blade ring of the turbine, which is connected to the shaft to be monitored with respect to shaft shaft, cooperating with at least one sensor element which is assigned to a stator, in particular a first vane ring of a turbine positioned downstream in the flow direction.
  • the or each sensor element is at a shaft break from the protruding in the flow direction portion of the last seen in the flow direction.
  • the rotor blade ring of the turbine which is connected to the shaft to be monitored with respect to the wave breaking through or severed.

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Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einem Rotor einer Turbine (10) vorgestellt, wobei stromabwärts der Turbine (10) mindestens ein statorseitiges Sensorelement (16) positioniert ist, insbesondere im Bereich eines statorseitigen Leitschaufelkranzes einer weiteren Turbine (11), und wobei bei einem Wellenbruch des Rotors der Turbine (10) ein radial innenliegender Abschnitt (17) eines in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine (10) mit dem oder jedem Sensorelement (16) direkt bzw. unmittelbar zusammenwirkt, um ein dem Wellenbruch entsprechendes elektrisches Signal zu generieren.

Description

Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine sowie Gasturbine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine, insbesondere an einem Gasturbinenflugtriebwerk. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gasturbine.
Als Flugtriebwerke ausgebildete Gasturbinen verfügen über mindestens einen Verdichter, mindestens eine Brennkammer sowie mindestens eine Turbine. Aus dem Stand der Technik sind Flugtriebwerke bekannt, die einerseits drei stromaufwärts der Brennkammer positionierte Verdichter sowie drei stromabwärts der Brennkammer positionierte Turbinen aufweisen. Bei den drei Verdichtern handelt es sich um einen Niederdruckverdichter, einen Mitteldruckverdichter sowie einen Hochdruckverdichter. Bei den drei Turbinen handelt es sich um eine Hochdruckturbine, eine Mitteldruckturbine sowie eine Niederdruckturbine. Nach dem Stand der Technik sind die Rotoren von Hochdruckverdichter und Hochdruckturbine, von Mitteldruckverdichter und Mitteldruckturbine sowie von Niederdruckverdichter und Niederdruckturbine durch jeweils eine Welle miteinander verbunden, wobei die drei Wellen einander konzentrisch umschließen und demnach ineinander verschachtelt sind.
Bricht zum Beispiel die den Mitteldruckverdichter sowie die Mitteldruckturbine verbindende Welle, so kann der Mitteldruckverdichter der Mitteldruckturbine keine Arbeit bzw. Leistung mehr entnehmen, wodurch sich dann eine Überdrehzahl an der Mitteldruckturbine einstellen kann. Ein solches Durchdrehen der Mitteldruckturbine muss vermieden werden, da hierdurch das gesamte Flugtriebwerk beschädigt werden kann.
Aus Sicherheitsgründen muss demnach ein Wellenbruch an einer Gasturbine sicher detek- tierbar sein, um bei Auftreten eines Wellenbruchs eine Brennstoffzufuhr zur Brennkammer zu unterbrechen. Eine derartige Detektion eines Wellenbruchs bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn die Gasturbine, wie oben beschrieben, drei sich konzentrisch umschließende und damit ineinander verschachtelte Wellen aufweist. In diesem Fall bereitet vor allem die Detektion eines Wellenbruchs der mittleren Welle, welche die Mitteldruckturbine mit dem Mitteldruckverdichter koppelt, Schwierigkeiten. Eine ähnliche Problematik stellt sich auch bei stationären Gasturbinen.
Aus der DE 10 2004 026 366 Al ist eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine bekannt, bei welcher zwischen dem in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranz einer ersten Turbine und einem in Strömungsrichtung gesehen ersten, statorseitigen Leitschaufelkranz einer zweiten Turbine radial innen ein Betätigungselement angeordnet ist, welches mit einem Übertragungselement zusammenwirkt, welches sich in radialer Richtung durch den in Strömungsrichtung gesehen ersten, statorseitigen Leitschaufelkranz der zweiten Turbine erstreckt. Im Falle eines Wellenbruchs trifft der in Strömungsrichtung gesehen letzte, rotorseitige Laufschaufelkranz der ersten Turbine auf das Betätigungselement auf, wobei dieses Auftreffen auf das Betätigungselement über das Übertragungselement auf ein Schaltelement übertragen wird, welches radial außen an einem Gehäuse der Gasturbine angeordnet ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine im Sinne von Anspruch 1 gelöst. Im Sinne der Erfindung wird eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einem Rotor einer Turbine einer Gasturbine vorgeschlagen, wobei stromabwärts der Turbine mindestens ein statorseitiges Sensorelement positioniert ist, und wobei bei einem Wellenbruch des Rotors der Turbine ein radial innenliegender Abschnitt eines in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine mit dem oder jedem Sensorelement direkt bzw. unmittelbar zusammenwirkt, um ein dem Wellenbruch entsprechendes, elektrisches Signal zu generieren. Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine effektive sowie konstruktiv relativ einfache Lösung vorgeschlagen, um einen Wellenbruch einer eine Turbine mit einem Verdichter verbindenden Welle zu detektieren. Vorzugsweise verläuft der Abschnitt des oder jedes Sensorelements, mit welchen bei einem Wellenbrach der radial innenliegende Abschnitt des in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine zusammenwirkt, in einem radial innenliegenden Bereich eines Strömungskanals zwischen dem in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine und dem Stator unummantelt bzw. ungeschützt, wobei ein sich an diesen Abschnitt radial innen anschließender Abschnitt sowie ein sich an diesen Abschnitt radial außen anschließender Abschnitt des jeweiligen Sensorelements in einer Ausnehmung des Stators angeordnet und damit vom Stator ummantelt bzw. geschützt sind.
Die erfindungsgemäße Gasturbine ist in Patentanspruch 9 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer erfmdungsgemäßen Gasturbine mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfmdungsgemäßen Gasturbine, nämlich einem Flugtriebwerk, zwischen einem Rotor einer Mitteldruckturbine 10 und einem Stator einer Niederdruckturbine 11. Vom Rotor der Mitteldruckturbine 10 ist ein stromabwärtiger Abschnitt einer Laufschaufel 12 des in Strömungsrichtung (Pfeil 13) gesehen letzten Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 dargestellt. Vom Stator der Niederdruckturbine 11 ist ein eine Leitschaufel 14 des in Strömungsrichtung (Pfeil 13) gesehen ersten Leitschaufelkranzes der Niederdruckturbine 11 und ein Gehäuseabschnitt 15 gezeigt. Der in Strömungsrichtung gesehen erste bzw. vorderste Leitschaufelkranz der Niederdruckturbine 11 grenzt demnach an den in Strömungsrichtung gesehen letzten bzw. hintersten Laufschaufelkranz der Mitteldruckturbine 10 an. Stromaufwärts der Mitteldruckturbine 10 ist eine Hochdruckturbine positioniert. Wie bereits erwähnt, sind bei derartigen Gasturbinen, die drei Turbinen sowie drei Verdichter aufweisen, die Rotoren von Hochdruckturbine sowie Hochdruckverdichter, Mitteldruckturbine sowie Mitteldruckverdichter sowie Niederdruckturbine und Niederdruckverdichter durch jeweils eine Welle miteinander verbunden, wobei diese drei Wellen sich einander konzentrisch umschließen und damit ineinander verschachtelt sind. Es liegt nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einer Gasturbine bereitzustellen, die sich insbesondere zur Detektion eines Wellenbruchs der den Mitteldruckturbinenrotor mit dem Mitteldruckverdichterrotor verbindenden Welle eignet. Bricht nämlich diese Welle, so kann der Mitteldruckverdichter der Mitteldruckturbine keine Arbeit bzw. Leistung mehr entnehmen, was zu einem Überdrehen der Mitteldruckturbine fuhren kann. Da ein derartiges Überdrehen der Turbine zu schweren Beschädigungen des Flugtriebwerks fuhren kann, muss ein Wellenbruch sicher detektiert werden.
Im Bereich des in Strömungsrichtung gesehen ersten, statorseitigen Leitschaufelkranzes der Niederdruckturbine 11 ist mindestens ein Sensorelement 16 positioniert. Das oder jedes Sensorelement 16 wirkt zur Detektion eines Wellenbruchs mit einem radial innenliegenden Abschnitt 17 des in Strömungsrichtung (Pfeil 13) gesehen, letzten rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 derart zusammen, dass bei einem Wellenbruch der in Strömungsrichtung gesehen hinterste bzw. letzte Laufschaufelkranz der Mitteldruckturbine 10 mit dem radial innenliegenden Abschnitt 17 das Sensorelement 16 direkt bzw. unmittelbar kontaktiert.
Das oder jedes Sensorelement 16 ist vorzugsweise als elektrischer Leiter ausgebildet, der bei einem Wellenbruch von dem radial innenliegenden Abschnitt 17 des in Strömungsrichtung gesehen letzten Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 durchtrennt wird, um so ein dem Wellenbruch entsprechendes elektrisches Signal zu generieren und an ein nicht- dargestelltes Schaltelement zu übertragen. In Folge der Druckverhältnisse in einer Turbine wird nämlich bei einem Wellenbruch der die Mitteldruckturbine 10 mit dem nicht- dargestellten Mitteldruckverdichter verbindenden Welle der Rotor der Mitteldruckturbine 10 in Strömungsrichtung (Pfeil 13) und damit in Richtung auf den ersten Leitschaufelkranz der Niederdruckturbine 11 bewegt. Das oder jedes als Leiter ausgebildete Sensorelement 16 wird dabei von dem radial innenliegenden Abschnitt 17 des in Strömungsrichtung gesehen letzten Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 durchtrennt. Der Abschnitt 17 ist als ein in Strömungsrichtung vorstehenden Vorsprung einer Schaufelplattform 18 der Laufschaufeln 12 des in Strömungsrichtung gesehen letzten Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 ausgebildet.
Das in Fig. 1 dargestellte Sensorelement 16 ist in einer als Bohrung ausgebildeten Ausnehmung 19 einer statorseitigen Leitschaufel 14 des in Strömungsrichtung gesehen vordersten Leitschaufelkranzes der Niederdruckturbine 11 geführt, wobei die Bohrung 19 sich im Wesentlichen in radialer Richtung der Leitschaufel 14 erstreckt und die Leitschaufel 14 geradlinig durchdringt. Der Sensor 16 ist von außen in die Bohrung 19 der Leitschaufel 14 einführbar sowie zu Wartungszwecken bzw. Reinigungszwecken aus der Bohrung 19 herausführbar. Das Sensorelement 16 bildet demnach eine Line Replaceable Unit, die ohne Demontage der Gasturbine zu Wartungsarbeiten von der Gasturbine deinstalliert sowie anschließend wieder installiert werden kann.
Gemäß Fig. 1 erstreckt sich das Sensorelement 16 in einen radial innen liegenden Bereich eines Strömungskanals hinein, der zwischen dem in Strömungsrichtung gesehen letzten, ro- torseitigen Laufschaufelkranz der Mitteldruckturbine 10 und dem in Strömungsrichtung gesehen ersten Leitschaufelkranz der Niederdruckturbine 11 ausgebildet ist. Ein Abschnitt 20 des Sensorelements 16, der bei einem Wellenbruch von dem radial innenliegenden Abschnitt 17 des in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Mitteldruckturbine 10 direkt bzw. unmittelbar kontaktiert und dabei vorzugsweise durchtrennt wird, ist dabei im Strömungskanal unummantelt und damit ungeschützt einem möglichen Kontakt durch den Abschnitt 17 ausgesetzt.
Ein sich an diesen Abschnitt 20 des Sensorelements 16 radial innen anschließender Abschnitt 21 sowie ein sich an diesen Abschnitt 20 des Sensorelements 16 radial außen anschließender Abschnitt 22 sind hingegen in der Bohrung 19 der Leitschaufel 14 geführt und demnach von der Leitschaufel 14 ummantelt und damit geschützt. Hierdurch wird gewährleistet, dass dann, wenn bei einem Wellenbruch der Abschnitt 17 der Laufschaufel 12 auf den Abschnitt 20 des Sensorelements 16 auftrifft, dieser Abschnitt 20 des Sensorelements 16 nicht lediglich abgeknickt sondern vom Abschnitt 17 der Laufschaufel 12 durchtrennt wird.
Wie bereits erwähnt, ist das oder jedes Sensorelement 16 vorzugsweise als elektrischer Leiter ausgeführt, wobei nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung das oder jedes Sensorelement 16 als Thermoelement ausgebildet ist. Derartige Thermoelemente sind oxidationsbeständig, was insbesondere im Hinblick auf den Abschnitt 20 des Sensorelements 16, der im Strömungskanal unummantelt bzw. ungeschützt ist, vorteilhaft ist.
Wie bereits erwähnt, kann mit Hilfe des oder jedes Sensorelements 16 ein Wellenbruch insbesondere einer Niederdruckturbine dadurch detektiert werden, dass dann, wenn ein derartiger Wellenbruch stattfindet, der in Strömungsrichtung gesehen letzte, rotorseitige Laufschaufelkranz der Mitteldruckturbine 10 über den in Strömungsrichtung vorstehenden Abschnitt 17 den Abschnitt 20 des Sensorelements 16 durchtrennt. Ein entsprechendes, auf einen Wellenbruch hinweisendes Signal wird von dem Sensorelement 16 an eine nicht- dargestellte Steuerungseinrichtung übertragen, die abhängig hiervon eine Brennstoffzufuhr zu einer Brennkammer der Gasturbine unterbricht.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einem Rotor einer Gasturbine vorgeschlagen, wobei ein radial innenliegender Abschnitt eines in Strömungsrichtung gesehen letzten Laufschaufelkranzes der Turbine, die mit der hinsichtlich des Wellenbruchs zu überwachenden Welle verbunden ist, mit mindestens einem Sensorelement zusammenwirkt, welches einem Stator, insbesondere einem in Strömungsrichtung gesehen ersten Leitschaufelkranz einer stromabwärts positionierten Turbine, zugeordnet ist. Das oder jedes Sensorelement wird bei einem Wellenbruch von dem in Strömungsrichtung vorstehenden Abschnitt des in Strömungsrichtung gesehen letz- ten Laufschaufelkranzes der Turbine, die mit der hinsichtlich des Wellenbruchs zu überwachenden Welle verbunden ist, durchschlagen bzw. durchtrennt.
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Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einem Rotor einer Turbine (10), insbesondere einer Mitteldruckturbine, einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, wobei stromabwärts der Turbine (10) mindestens ein statorseitiges Sensorelement (16) positioniert ist, insbesondere im Bereich eines statorseitigen Leitschaufelkranzes einer weiteren Turbine (11), insbesondere einer Niederdruckturbine, und wobei bei einem Wellenbruch des Rotors der Turbine (10) ein radial innenliegender Abschnitt (17) eines in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine (10) mit dem oder jedem Sensorelement (16) direkt bzw. unmittelbar zusammenwirkt, um ein dem Wellenbruch entsprechendes elektrisches Signal zu generieren.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sensorelement (16) als elektrischer Leiter ausgebildet ist, wobei bei einem Wellenbruch des Rotors der Turbine (10) der radial innenliegende Abschnitt (17) des in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufel- kranzes mindestens einen elektrischen Leiter durchtrennt und so ein dem Wellenbruch entsprechendes elektrisches Signal generiert.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder elektrischer Leiter als Thermoelement ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere Sensorelemente (16) vorhanden sind.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sensorelement (16) von radial außen einem Stator, insbesondere einem in Strömungsrichtung gesehen ersten Leitschaufelkranz der weiteren Turbine (10), zugeführt und in jeweils eine geradlinig verlaufende Ausnehmung (19) des Stators, insbesondere des Leitschaufelkranzes, eingeführt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Sensorelement (16) in die jeweilige Ausnehmung (19) des Stators, insbesondere des Leitschaufelkranzes, derart hineinragt, dass sich das jeweilige Sensorelement (16) in radialer Richtung gesehen in den radial innenliegenden Bereich hinein erstreckt, in welchem der radial innenliegende Abschnitt (17) des in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine (10) positioniert ist.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (20) des oder jedes Sensorelements (16), mit welchen bei einem Wellenbruch der radial innenliegende Abschnitt (17) des in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine (10) zusammenwirkt, in einem radial innenliegenden Bereich eines Strömungskanals zwischen dem in Strömungsrichtung gesehen letzten, rotorseitigen Laufschaufelkranzes der Turbine (10) und dem Stator, insbesondere dem Leitschaufelkranzes der weiteren Turbine (11), verläuft.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Abschnitt (20) des oder jedes Sensorelements (16) innerhalb des radial innenliegenden Bereichs des Strömungskanals unummantelt bzw. ungeschützt ist, und dass ein sich an diesen Abschnitt (20) radial innen anschließender Abschnitt (21) sowie ein sich an diesen Abschnitt (20) radial außen anschließender Abschnitt (22) des jeweiligen Sensorelements (16) in einer Ausnehmung (19) des Stators angeordnet und damit vom Stator ummantelt bzw. geschützt sind.
9. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit mindestens einem Verdichter, mit mindestens einer Brennkammer, mit mindestens einer Turbine, und mit einer Einrichtung zur Detektion eines Wellenbruchs an einem Rotor einer Turbine (10), insbesondere einer Mitteldruckturbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Detektion des Wellenbruchs nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
*r H»
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