DE2802247C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bekanntlich ist das Pumpen oder der Strömungsabriß in einem Gasturbinentriebwerk mit Axialverdichter ein Problem, das die Industrie von Anfang an verwirrt hat. Die Pumperscheinung, die noch nicht völlig geklärt ist, äußert sich in einer durch Strömungsablösung an den Verdichterlaufschaufeln hervorgerufe­ nen Druckpulsation, die nicht nur schädlich für das Triebwerk sein kann, sondern zum Ausfall des Triebwerks führen kann. Die Brennstoffregler von Gasturbinentriebwerken sind gewöhnlich mit einer Einrichtung ausgerüstet, die einen Schutz vor Pumpen durch Programmieren einer vorbestimmten Triebwerksbetriebs- oder -pumpkennlinie und durch Überwachen und Berechnen von ge­ wissen Triebwerksbetriebsparametern bewirkt und die Brennstoffzufuhr so begrenzt, daß das Triebwerk unterhalb der Pumpkennlinie ar­ beitet.

Da jedoch die Programme nicht immer genau sind und Signale ver­ zerrt werden können, erfordern manche Triebwerke zusätzliche Maßnahmen zum Erkennen des Strömungsabriß- oder Pumpzustands. So zeigen beispielsweise die DE-OS 26 52 729 und die US-PS 34 26 322 Systeme zum Erkennen des Strömungsabrisses. Bei diesen beiden bekannten Strömungsabrißerkennungssystemen ist aber ebenso wie bei allen anderen bekannten Systemen zum Er­ kennen des Strömungsabriß- oder Pumpzustands, von denen ein in der GB-PS 13 52 206 beschriebenes im folgenden noch näher betrachtet wird, nicht nur wenigstens die Messung von zwei Triebwerksbetriebsparametern, sondern auch eine Meßgeräte­ ausrüstung innerhalb des Triebwerks erforderlich. Diese Meß­ geräteausrüstung erfordert Zugangslöcher in den Triebwerks­ gehäusen und Fühler, die in den Gasweg hineinragen.

Die vorgenannte GB-PS 13 52 206 beschreibt ein Turbofan­ triebwerk mit einem System der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Art. Bei diesem bekannten System ist als Fühlereinrichtung ein Temperaturfühler im Triebwerkseinlaß vorderhalb des Verdichters, dort aber nicht vor dem als Schub­ verstärker dienenden Fan, sondern zwischen zusätzlichen Druck­ erzeugungsstufen und dem Einlaß des Verdichters angeordnet. Bei diesem bekannten Turbofantriebwerk soll das Gesamttrieb­ werksverdichtungsverhältnis, das heißt das Verhältnis des Druckes der durch den Hochdruckverdichter abgegebenen Luft zu dem Druck der in den Fankanal eintretenden Luft erhöht werden, indem die genannten zusätzlichen Druckerzeugungsstufen hinzu­ gefügt werden, und zwar innerhalb des Hochdruckverdichterströ­ mungskanals. Da diese zusätzlichen Druckerzeugungsstufen bei bestimmten Triebwerksbetriebszuständen zu viel Luft liefern können, was Strömungsabriß oder Pumpen verursachen kann, weil der Hochdruckverdichter nicht die gesamte Luft aufnehmen kann, sind Luftableitvorrichtungen vor dem Einlaß des Hochdruckver­ dichters angeordnet. Zum Steuern dieser Luftableitvorrichtun­ gen ist zwischen den zusätzlichen Druckerzeugungsstufen und dem Verdichter der Temperaturfühler angeordnet. Zusätzlich ist an der Turbine ein Läuferdrehzahlfühler vorgesehen. Mit Hilfe von diesen beiden Fühlern erzeugen Recheneinrichtungen Signale zum entsprechenden Steuern der Luftableitvorrichtungen. Es müssen also wenigstens zwei Triebwerksbetriebsparameter, näm­ lich Temperatur und Drehzahl, gemessen werden, und für die da­ für vorgesehenen Fühler müssen Löcher in das Triebwerksgehäuse gebohrt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß mit ihm bei einem Gasturbinentriebwerk, bei dem als Schubverstär­ ker ein Nachbrenner vorgesehen ist, auf einfache Weise der Strömungsabriß- oder Pumpzustand erkannt werden kann, ohne daß Löcher in das Triebwerksgehäuse gebohrt zu werden brauchen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem System nach der Erfindung ist überhaupt kein Fühler innerhalb des Triebwerksgehäuses erforderlich, vielmehr reicht ein einziger Temperaturfühler, der am Triebwerkseinlaß, d. h. vor dem Fan/Verdichter-Abschnitt angeordnet ist. Die Er­ finder haben nämlich überraschenderweise nicht nur erkannt, daß das Pumpen daraus resultiert, daß das Arbeitsmittel, ver­ ursacht durch den Nachbrenner, in umgekehrter Richtung strömt, sondern daß dieser Zustand am Triebswerkseinlaß, also vorder­ halb des Fan/Verdichter-Abschnitts mit Hilfe eines einfachen Triebwerkseinlaßtemperaturfühlers zuverlässig erkannt werden kann, der die zeitliche Änderung oder den Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur mißt und ein "Pumpen erkannt"- Signal erzeugt, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht. Dadurch, daß der Temperaturfühler am Triebwerksein­ laß angeordnet ist, wird die Notwendigkeit vermieden, Löcher in das Triebwerksgehäuse zu bohren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegen­ stand der Unteransprüche.

Bei manchen Triebwerken kann zum Schutz gegen falsches Erkennen ei­ nes Strömungsabriß- oder Pumpzustands das System so ausgelegt werden, daß es mit einem weiteren Triebwerksbetriebsparameter gekoppelt wird. Gemäß den Ausgestaltungen der Erfindung wird daher neben der zeitlichen Änderung oder dem Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur als dem Hauptkontrollparameter ein zusätzlicher Parameter in Form der zeitlichen Änderung der Läuferdrehzahl als eine Schutzmaßnahme eingesetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Dar­ stellung eines Systems zum Erkennen des Strömungsabriß- oder Pumpzustands in dem Verdichter eines mit Schubverstärker ver­ sehenen Gasturbi­ nentriebswerks.

Dieses System wird zwar in seiner bevorzugten Ausführungs­ form in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk mit einem Schubverstärker beschrieben, es ist jedoch klar, daß es auch bei anderen Arten von Anlagen benutzt werden kann. Die Verwendung der zeitlichen Änderung oder des An­ stiegs der Temperatur als eines Kontrollparameters für die Pumperkennung ist besonders zuverlässig, wenn die Gase, die während eines Pumpzustandes umgewälzt werden, beträcht­ lich heiß sind, d. h. eine Temperatur im Bereich von etwa 1650°C haben, wo die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur an dem Einlaß für einen Temperaturfühler wahr­ nehmbar ist.

Das in der Figur insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeich­ nete Gasturbinentriebwerk hat einen Triebwerkseinlaß 12, einen Fan/Verdichter-Abschnitt 14, einen Brennerabschnitt 16, einen Turbinenabschnitt 18, eine Auslaßdüse 20 und als Schubverstärker einen Nachbrenner 22. Ein Temperaturfühler 24 ist in dauerhafter Weise an dem Triebwerkseinlaß 12 montiert, und sein Signal wird einer durch einen Block 26 dargestellten Recheneinrichtung über eine Leitung 28 zugeführt. Die Recheneinrichtung 26 dient zum Berechnen der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur auf bekann­ te Weise, um ein Ausgangssig­ nal immer dann zu erzeugen, wenn die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet. Immer dann, wenn dieses Ausgangssignal auf­ tritt, wird es einer Strömungsabrißerkennungslogik, die als ein Strömungsabrißdetektor 30 dargestellt ist, als Eingangssignal über eine Leitung 32 zugeführt. Wenn bei­ spielsweise der Strömungsabrißdetektor 30 ein Spezialdigi­ talrechner ist, wird er lediglich dafür sorgen, daß die Lo­ gik auf ihr programmiertes Anfangssignal getriggert wird, bevor das Ausgangssignal aus der Recheneinrichtung 26 angenommen wird. Das Ausgangssignal des Strömungsabrißdetektors 30 wird über eine Leitung 34 als Eingangssignal einer durch einen Block 36 dargestellten Strömungsabrißbeseitigungslogik zugeführt, um die Strömungsabrißbeseitigung einzuleiten. Es könnte sich auch um einen Spezialdigitalrechner handeln, der so program­ miert ist, daß er die Strömungsabrißbeseitigung einleitet, indem er auf das Brennstoffsystem einwirkt und das Gas im Gas­ generator abmagert, die verstellbaren Leitschaufeln des Ver­ dichters verstellt, Verdichterentlüftungsventile öffnet, die Auslaßdüse zurückstellt, und dgl.

In gewissen Anlagen und unter gewissen Flugzeugflugbedin­ gungen kann die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Temperatur am Triebwerkseinlaß 12 ein Signal erzeugen, das für das Pumperkennungssystem wie ein Pump- oder Strömungs­ abrißsignal aussieht, tatsächlich aber keinen Pump- oder Strömungsabrißzustand darstellt. In diesen Fällen kann das Pumperkennungssystem mit einem weiteren Triebwerksbe­ triebsparameter arbeiten. So wird beispielsweise die Läu­ ferdrehzahl durch einen zusätzlichen Fühler abgefühlt und als Eingangssignal einer Recheneinrichtung 40 über eine Leitung 42 zugeführt. Die Recheneinrichtung 40 berechnet in bekannter Weise die zeitliche Änderung der Läuferdrehzahl und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn diese einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieses Signal wird dann über eine Leitung 44 dem Strömungsabrißdetektor 30 zugeführt. Der Strömungsabrißdetektor 30 wird in diesem Fall nur dann ein Ausgangssignal an die Leitung 34 abgeben, wenn sowohl das Signal bezüglich der zeitlichen Änderung oder des Anstiegs der Temperatur als auch das Signal be­ züglich der zeitlichen Änderung der Läuferdrehzahl durch die Recheneinrichtungen 26 bzw. 40 geliefert werden.

Die Läuferdrehzahl ist zwar als ein zuverlässiger Parameter zum Schutz vor falscher Pumperkennung angegeben, es können jedoch an ihrer Stelle andere Triebwerksbetriebsparameter benutzt werden. Bei einem Gasturbinentriebwerk mit Nachbrenner ist die Triebwerksein­ laßtemperatur, bei welcher es sich um den Gesamtwert handeln kann oder nicht, ein zuverlässiger Pump­ erkennungsparameter.

Bevorzugt ist bei dem hier beschriebenen System die Verwendung des Wertes der zeitlichen Änderung der Tempe­ ratur vorgesehen, die an dem Triebwerkseinlaß 12 abgefühlt wird, insbesondere wenn sich die Flug- oder Betriebshüllkurve über einen wei­ ten Bereich erstreckt. In einem Fall, in welchem die Hüllkurve begrenzt ist, kann der Temperaturanstiegswert ausreichend sein.

Claims (4)

1. System zum Erkennen des Strömungsabriß- oder Pumpzustands in dem Verdichter (14) eines mit Schubverstärker (22) ver­ sehenen Gasturbinentriebwerks mittels einer wenigstens eine Triebwerkstemperatur ermittelnden Fühlereinrichtung und ei­ ner mit dieser verbundenen Recheneinrichtung (26) zum Erzeu­ gen eines den Strömungsabriß- oder Pumpzustand anzeigenden Ausgangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung einen am Triebwerkseinlaß (12) an­ geordneten Temperaturfühler (24) aufweist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlereinrichtung einen zusätzlichen Fühler zum Abfühlen ei­ ner Triebwerksbetriebsvariablen aufweist, der mit einer wei­ teren Recheneinrichtung (40) verbunden ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwerksbetriebsvariable die Läuferdrehzahl des Verdich­ ters (14) ist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Temperaturfühler (24) verbundene Recheneinrichtung (26) ein erstes Signal erzeugt, wenn die zeitliche Änderung oder der Anstieg der Triebwerkseinlaßtemperatur einen vorbe­ stimmten Wert übersteigt, daß die mit dem Läuferdrehzahl­ fühler verbundene zweite Recheneinrichtung (40) ein zweites Signal erzeugt, wenn die zeitliche Änderung der Läuferdreh­ zahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, und daß die Aus­ gänge beider Recheneinrichtungen (26, 40) mit einem Strö­ mungsabrißdetektor (30) verbunden sind, der das den Strö­ mungsabriß- oder Pumpzustand anzeigende Ausgangssignal al­ lein dann erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das zwei­ te Signal vorbestimmte Werte übersteigen.