Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung einer Gasturbine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Gehäuseanordnung eines Strahltriebwerks, in die in eindeutiger Position ein Sensorelement eingebaut ist.
Ein Flugzeugtriebwerk umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Dabei sind Verdichter und Turbine über eine Welle miteinander verbunden. Diese Welle ist in einer so genannten Lagerkammer mit Lagerelementen gelagert, welche mit Öl geschmiert und gekühlt werden.
Dabei ist zu vermeiden, dass Öl aus den Lagerkammern austritt, da ein solcher Austritt an heißen Triebwerkselementen, insbesondere Turbinenelementen, zu Ölfeuern führen kann. Auch wenn die Lagerkammern zur Vermeidung eines unerwünschten Ölaustritts von außen mit Druckluft beaufschlagt werden, so ist doch ein Restrisiko eines unerwünschten Ölaustritts vorhanden. Für diesen Fall ist es wichtig, ein Ölfeuer durch austretendendes Öl aus der Lagerkammer frühzeitig zu ermitteln. Dies erfolgt über ein oder mehrere Temperatursensoren, die auch als "TURBOTs" (TURBOT= TURBine Over Temperature) bezeichnet werden. Solche Temperatursensoren stellen im Falle eines Ölfeuers eine Temperaturerhöhung fest, so dass über eine Triebwerkssteuereinheit eine Cockpitwarnung für den Piloten ausgegeben werden kann.
Derartige Temperatursensoren sind in der Regel stabartig ausgebildet und weisen in einer aktuellen Anwendung im Triebwerk TP400 des Airbus A400M einen Durchmesser von ca. 4 mm und eine Länge von ca. 130 mm auf. Ein Temperatursensor wird bei seinem Einbau von außen in das Turbinengehäuse (auch als "Hot Strut" bezeichnet) so eingebaut, dass er durch eine äußere Gehäusestruktur und eine umlaufende Ringkammer in eine Sensoraufnahme einer inneren Gehäusestruktur gesteckt wird, so dass er die Temperatur an einer definierten Stelle im Bereich der inneren Gehäusestruktur, an der die Temperatur im Falle eines Ölfeuers ansteigt, messen kann.
Eine solche Installation ist allerdings insofern nachteilig, als die Gefahr einer Fehlplätzierung des Sensors besteht, d.h. der Sensor nicht in der gewünschten Sensoraufnahme des inneren Triebwerksgehäuses platziert wird, sondern z.B. versetzt dazu endet und somit die Temperatur an einer falschen Stelle gemessen wird. Da das Ende des Sensors im inneren Triebwerksgehäuse angeordnet ist, fehlt es an der Möglichkeit, die korrekte Platzierung durch eine Sichtprüfung seitens des Installateurs zu überprüfen, so dass nur durch eine aufwändige Untersuchung mithilfe einer in das Gehäuse eingeführten Minikamera (eines so genannten Boroscopgerätes) der korrekte Einbau geprüft werden kann.
Aus der
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Das genannte Problem der Überprüfbarkeit der korrekten Platzierung eines Sensors in einem Gehäuse stellt sich auch in anderen Situationen, in denen ein Gehäuse mehrere Strukturen aufweist, die räumlich zueinander beabstandet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Gehäuseanordnung für eine Gasturbine bereitzustellen, die den Einbau eines Sensors in die Gehäuseanordnung mit stets eindeutig definierter Position erlaubt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Gehäuseanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Einbau eines länglich ausgebildeten Sensorelementes in eine Gehäuseanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, dass ein länglich ausgebildetes Sensorelement, das in Längsrichtung gesehen ein vorderes Ende und ein hinteres Ende aufweist, sich zwischen einer ersten Gehäusestruktur und einer zweiten Gehäusestruktur erstreckt. Das Sensorelement verläuft dabei entlang eines Abschnitts in einer länglichen Führungsöffnung, die in einer Führungsstruktur ausgebildet ist. Durch die längliche Führungsöffnung ist das Sensorelement derart ausgerichtet und positioniert, dass sich sein vorderes Ende in einer dafür vorgesehenen Aufnahme der zweiten Gehäusestruktur befindet und nur dort befinden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit eine definierte Position des Einbaus eines Sensorelementes in eine Gehäuseanordnung dadurch bereit, dass sie in einer Führungsstruktur eine längliche Führungsöffnung bereitstellt, die das Sensorelement automatisch derart ausrichtet und positioniert, dass sich das vordere Ende des Sensorelementes zwingend in der Aufnahme der zweiten Gehäusestruktur befindet und damit in der korrekten Position eingebaut ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Führungsstruktur durch eine Führungsplatte gebildet ist, die beispielsweise mit der ersten Gehäusestruktur verbunden oder in diese integriert ist, beispielsweise in einer Bohrung oder Öffnung der ersten Gehäusestruktur. Hierdurch ist eine besonders einfache Installation möglich, da der Installateur das Sensorelement im Bereich der ersten Gehäusestruktur, die dem Installateur zugewandt ist, in die Führungsplatte einführen kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Führungsstruktur durch einen strukturellen Bestandteil der ersten Gehäusestruktur gebildet ist. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Führungsstruktur durch ein Gussteil der ersten Gehäusestruktur gebildet und in dem Gussteil eine Führungsöffnung ausgebildet ist.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das hintere Ende des Sensorelementes im Bereich der ersten Gehäusestruktur festgelegt, d.h. räumlich fixiert ist. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das hintere Ende des Sensorelementes in einer Montageplatte fixiert ist, wobei die Montageplatte an der ersten Gehäusestruktur und/oder an der Führungsstruktur befestigt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Montageplatte einen Teil des Sensorelements bildet, das für diesen Fall aus einem länglichen Sensorelement und der Montageplatte besteht. Weiter kann vorgesehen sein, dass das hintere Ende des Sensorelementes noch ein Stück aus der eigentlichen Montageplatte herausragt, um eine einfache Handhabung des Sensorelementes zu ermöglichen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die längliche Führungsöffnung für das Sensorelement als Längsbohrung in der Führungsplatte ausgebildet ist. Alternativ ist jedoch ebenso denkbar, dass die längliche Führungsöffnung z.B. durch Teilelemente der Führungsplatte.gebildet wird, die sich zur Bildung der länglichen Führungsöffnung ergänzen.
Dabei wird allgemein darauf hingewiesen, dass, je länger die längliche Führungsöffnung der Führungsstruktur ausgebildet ist, desto genauer eine Ausrichtung und Positionierung des Sensorelementes erfolgt. Ebenso gilt, dass, je kleiner das Spiel des Sensorelementes in der länglichen Führungsöffnung ist, desto genauer die Ausrichtung und Positionierung des Sensorelementes ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Sensorelement in der länglichen Führungsöffnung der Führungsstruktur mit einem gewissen Spiel angeordnet ist, um ein leichtes Einführen und Entfernen des Sensorelementes in die / aus der länglichen Führungsöffnung zu ermöglichen. Je größer dabei das Spiel ist, desto größer ist die Längsausdehnung der länglichen Führungsöffnung zu wählen, um insgesamt die gewünschte exakte Positionierung und Ausrichtung des Sensorelementes zu erreichen.
In Abhängigkeit vom Abstand zwischen der ersten Gehäusestruktur und der zweiten Gehäusestruktur, dem Durchmesser des Sensorelementes, der Länge der länglichen Führungsöffnung in der Führungsstruktur und dem Spiel, mit dem das Sensorelement in der länglichen Führungsöffnung der Führungsstruktur angeordnet ist, beträgt die Länge der länglichen Führungsöffnung in der Führungsstruktur beispielsweise zwischen 3% und 20% der Gesamtlänge des Sensorelementes. Die längliche Führungsöffnung in der Führungsstruktur kann jedoch auch länger oder kürzer ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die erste Triebwerksstruktur durch ein äußeres Triebwerksgehäuse und die zweite Triebwerksstruktur durch ein inneres Triebwerksgehäuse gebildet, wobei das innere Triebwerksgehäuse radial innen zum äußeren Triebwerksgehäuse angeordnet ist. Das innere Triebwerksgehäuse und das äußere Triebwerksgehäuse sind somit in radialer Richtung beabstandet. Dabei ist vorgesehen, dass sich zwischen dem inneren Triebwerksgehäuse und dem äußeren Triebwerksgehäuse ein Strömungskanal in Form einer Ringkammer ausgebildet ist. Das äußere Triebwerksgehäuse und das innere Triebwerksgehäuse sind beispielsweise Bestandteile eines Turbinengehäuses.
Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Sensorelement, das sich zwischen dem äußeren Triebwerksgehäuse und dem inneren Triebwerksgehäuse erstreckt, in dem Strömungskanal innerhalb einer Strebe verläuft, die das äußere Triebwerksgehäuse und das innere Triebwerksgehäuse miteinander verbindet. Solche Streben ("Struts") dienen als Strukturbauteile des Turbinengehäuses. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Führungsstruktur ausgebildete längliche Führungsöffnung für das Sensorelement grundsätzlich eine beliebige räumliche Orientierung aufweisen kann. Die räumliche Orientierung hängt davon ab, an welcher Stelle der zweiten Gehäusestruktur sich die Aufnahme für das vordere Ende des Sensorelementes befindet. Beispielsweise kann die länglichen Führungsöffnung in der Führungsstruktur in radialer Richtung oder schräg zur radialen Richtung verlaufen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Sensorelement eine Länge zwischen 50 mm und 200 mm und eine Breite zwischen 2 mm und 10 mm auf, insbesondere eine Länge zwischen 110 mm und 150 mm und eine Breite zwischen 3 mm und 5 mm.
Das länglich ausgebildete Sensorelement ist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als Temperatursensor ausgebildet, der dafür eingerichtet ist, im Bereich seines vorderen Endes eine dort herrschende Temperatur zu messen. Grundsätzlich kann das Sensorelement jedoch auch dafür ausgebildet sein, einen anderen relevanten Triebwerksparameter zu messen oder mehrere solcher Parameter Beispielsweise kann das Sensorelement alternativ einen Druck oder eine Geschwindigkeit messen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einbau eines länglich ausgebildeten Sensorelementes in eine Gehäuseanordnung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Gehäuseanordnung im Turbinenbereich eines Strahltriebwerks beschrieben. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gelten jedoch in gleicher Weise für andere Gasturbinen.
Die
Die Gehäuseanordnung umfasst des Weiteren ein längliches, insbesondere stabartig ausgebildetes Sensorelement 40, das in Längsrichtung gesehen ein vorderes Ende 42, ein hinteres Ende 41 und dazwischen einen mittleren Bereich 43 aufweist.
Weiter ist eine Führungsplatte 30 vorgesehen, die mit dem äußeren Triebwerksgehäuse 10 verbunden ist. Hierzu ist im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das äußere Triebwerksgehäuse 10 eine Öffnung 11 aufweist, in der sich ein sich radial erstreckender Abschnitt 31 der Führungsplatte 30 erstreckt. Ein weiterer Abschnitt 32 der Führungsplatte liegt an der radial äußeren Seite der äußeren Gehäusestruktur 10 an.
Des Weiteren umfasst die Führungsplatte 30 eine längliche Führungsöffnung 35 in Form einer geradlinigen Längsbohrung, die die Führungsplatte 30 in im Wesentlichen radialer Richtung vollständig durchbohrt. Die Längsbohrung 35 weist eine definierte Orientierung, welche von der Stelle einer Aufnahme 60 in der zweiten Gehäusestruktur 20 abhängt (siehe unten), und einen definierten Durchmesser auf.
Dabei ist vorgesehen, dass die Längsbohrung 35 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. In Abhängigkeit von der Formgebung des Sensorelementes 40 kann jedoch auch eine davon abweichende Querschnittsform, beispielsweise eine rechteckige Querschnittsform, vorgesehen sein.
Als Teil des gesamten Temperatursensors ist das obere Ende 41 des Sensorelements 40 in einer Montageplatte 50 befestigt, welche auf der Führungsplatte 30 angeordnet ist. Alternativ kann die Montageplatte 50 statt auf der Führungsplatte 30 auf der äußeren Gehäusestruktur 10 angeordnet sein, wenn die Führungsplatte 30 als struktureller Teil der äußeren Gehäusestruktur 10 ausgearbeitet ist und somit deren Funktionalität durch die äußere Gehäusestruktur 10 realisiert wird.
Im Bereich des inneren Triebwerksgehäuses 20 ist eine Aufnahme 60 vorgesehen, die einen trichterförmigen Öffnungsmund 61 aufweist. Die Aufnahme 60 ist strukturell fest mit dem inneren Triebwerksgehäuse 20 verbunden. Sie kann beispielsweise in einer Aussparung oder Bohrung des inneren Triebwerksgehäuses 20 angeordnet sein. Abweichend kann die Aufnahme 60 mit dem trichterförmigen Öffnungsmund 61 auch struktureller Teil des Triebwerksgehäuses 20 sein.
Bei der Montage wird das längliche Sensorelement 40 von außen durch die längliche Führungsöffnung 35 der Führungsplatte 30 in Richtung des inneren Triebwerksgehäuses geführt. Die Führungsöffnung 35 positioniert das Sensorelement 40 dabei derart, dass das vordere Ende 42 des Sensorelementes 40 bei der Montage zwingend in den Aufnahmemund 61 der Aufnahme 60 eingeführt und in der Aufnahme 60 am gewünschten Ort positioniert wird. Eine Fehlinstallation wird dadurch sicher verhindert.
Als Teil des gesamten Temperatursensors ist das hintere Ende 41 des Sensorelements 40 in der Montageplatte 50 befestigt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das hintere Ende 41 des Sensorelementes gegenüber dem mittleren Bereich 43 und dem vorderen Ende 42 des Sensorelements 40 abgewinkelt ist. Auch kann vorgesehen sein, dass ein Bereich 44 des Sensorelementes 40, der z.B. durch eine Metallhülse gebildet ist und der der Führung elektrischer Kabel (nicht dargestellt) dient, aus der Montageplatte 50 herausragt. Die eigentliche Temperaturmessung erfolgt im Bereich des vorderen Endes 42 des Sensorelements 40.
Das Sensorelement 40 verläuft in seinem mittleren Bereich 43, der sich zwischen dem äußeren Triebwerksgehäuse 10 und dem inneren Triebwerksgehäuse 20 erstreckt, innerhalb einer nicht dargestellten Strebe ("Strut"), die als strukturelles Element sich radial innerhalb des Strömüngskanals zwischen dem inneren und dem äußeren Triebwerksgehäuse erstreckt. Eine solche Strebe ist in der dargestellten Figur der Übersichtlichkeit halber nicht gesondert dargestellt.
Durch Bereitstellen einer länglichen Führungsöffnung in einer Führungsplatte, die in einer Öffnung oder Aussparung des äußeren Triebwerksgehäuses angeordnet ist, wird es ermöglicht, eine definierte Orientierung des Sensorelementes 40 im Raum derart bereitzustellen, dass das vordere Ende 42 des Sensorelementes 40 sich beim Montagevorgang exakt in Richtung der Aufnahme 60 bewegt und in dieser sicher aufgenommen wird.
Das Sensorelement 30 kann dabei zwecks einer einfachen Montage mit einem geringen Spiel innerhalb der Führungsöffnung 35 angeordnet sein, wobei das Spiel jedoch ausreichend gering ist, um sicherzustellen, dass das vordere Ende 42 des Sensorelementes sicher im Bereich des konisch geformten Einführmundes 61 der Aufnahme 60 eingeführt werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht somit die Anordnung eines länglich ausgebildeten Sensorelementes in einer Gehäuseanordnung mit beabstandet zueinander angeordneten Gehäusestrukturen derart, dass eine definierte räumliche Position des Sensorelementes vorliegt und diese sicher gegeben ist, so dass auf eine aufwändige Kontrolle der Position mithilfe von Minikameras verzichtet werden kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausgestaltung nicht auf das vorstehend dargestellte Ausführungsbeispiel, das lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Beispielsweise kann die Führungsplatte eine andere Form als dargestellt aufweisen und/oder struktureller Teil des Triebwerksgehäuses sein und/oder in anderer Weise eine längliche Führungsöffnung ausbilden.
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