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Die Erfindung betrifft ein Wellenleistungstriebwerk der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige Wellenleistungstriebwerke sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Diesbezüglich wird auf die Dokumente
DE 198 28 817 A1 ,
US 5 388 963 A ,
DE 600 20 477 T2 und
US 2008 / 0 112 793 A1 verwiesen. Moderne Triebwerkskonzepte benötigen dabei zur Erfüllung der geforderten Effizienzsteigerungen Wellenleistungstriebwerke mit hohem Vortriebswirkungsgrad und kompakten Bauformen. Das Wellenleistungstriebwerk umfasst hierzu üblicherweise einen Turbinenbereich mit einem Laufschaufelsystem, welches eine erste, mit einer Welle des Wellenleistungstriebwerks verbundene Rotorscheibe umfasst, die einen Scheibenkörper mit einer Mehrzahl an Laufschaufeln sowie wenigstens einen Flansch zum Befestigen einer weiteren Rotorscheibe aufweist. Die Welle dient ihrerseits zum Antrieb eines Verdichtersystems, beispielsweise eines Getriebefans, des Wellenleistungstriebwerks. Aufgrund der erforderlichen Gesamtdruckverhältnisse und der hohen Gaseintrittstemperaturen wird jedoch insbesondere der Turbinenbereich stark belastet. Die während des Betriebs auftretenden hohen Drehzahlen erzeugen dabei hohe statische und dynamische Belastungen sowohl für die Rotorscheiben als auch für die Laufschaufeln. Vor allem bei schnelllaufenden Niederdruckturbinen wird daher versucht, den aero-mechanischen und thermischen Belastungen durch eine geringere Anzahl an Rotorscheiben bzw. Stufen und einer reduzierten Baulänge zu begegnen, wodurch sich auch eine reduzierte Bauteileanzahl und ein verringertes Gewicht erzielen lassen.
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Als nachteilig an den bekannten Wellenleistungstriebwerken ist jedoch der Umstand anzusehen, dass der Turbinenbereich bei hohen Drehzahlen nicht selbsttragend ist und abgestützt werden muss.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Wellenleistungstriebwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen Turbinenbereich mit einer gewichtsoptimierten und kompakten Bauform bei erhöhter mechanischer Stabilität besitzt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wellenleistungstriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Wellenleistungstriebwerk, welches einen Turbinenbereich mit einer gewichtsoptimierten und kompakten Bauform bei erhöhter mechanischer Stabilität besitzt, ist dadurch geschaffen, dass wenigstens ein Flansch und ein Scheibenkörper einer ersten Rotorscheibe einen Aufnahmeraum für einen Schraubenkopf eines Schraubenelements bilden, wobei der Aufnahmeraum bezüglich der Welle radial nach oben abgeschlossen, radial nach unten geöffnet und an eine Dimension des Schraubenkopfs angepasst ausgebildet ist. Auf diese Weise ist im Gegensatz zum Stand der Technik eine scheibenkörpernahe Verschraubung der Rotorscheiben ermöglicht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Flansches bzw. des Aufnahmeraums ist der Schraubenkopf im Bereich der wellenseitigen Kühlgasströmung angeordnet und zuverlässig vor Heißgaskorrosion durch den im Bereich der Laufschaufeln geführten Heißgasstrom geschützt. Indem der Aufnahmeraum an die Dimension des Schraubenkopfs angepasst ausgebildet ist, können darüber hinaus über den Schraubenkopf hohe Randlasten in den Scheibenkörper eingeleitet werden, so dass ein mechanisch stabiler und selbsttragender Aufbau des Turbinenbereichs auch bei sehr hohen Drehzahlen gegeben ist. Der Schraubenkopf kann während des Betriebs unter Fliehkraft am Scheibenkörper anliegen, wodurch eine besonders hohe Kraftableitung über den Scheibenkörper in die Welle ermöglicht ist. Durch diese Art der Verschraubung der Rotorscheiben ist weiterhin die Anbindung der ersten Rotorscheibe an die Welle unter einer der vorderen Turbinenstufen möglich. Dies ermöglicht eine besonders kurze und kompakte Bauweise des Wellenleistungstriebwerks. Mit Hilfe des Flansches muss zudem der Scheibenkörper nicht an- oder durchbohrt werden, wodurch die Lebensdauer des Wellenleistungstriebwerk erheblich gesteigert wird.
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Der Flansch ist bezüglich der Welle unterhalb eines Schaufelfußes einer Laufschaufel angeordnet und/oder seitlich am Scheibenkörper angeordnet und/oder einteilig mit dem Scheibenkörper ausgebildet. Auf diese Weise ist eine besonders kurze und kompakte Bauweise des Wellenleistungstriebwerks bei zusätzlich erhöhter mechanischer Stabilität und hoher Kraftableitung ermöglicht.
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Ein korrespondierender Flansch der weiteren Rotorscheibe ist zumindest mittelbar am Flansch der ersten Rotorscheibe angeordnet und die Rotorscheiben sind mittels einer Schraubverbindung aneinander befestigt, wobei als Schraubverbindung der Schraubenkopf des Schraubenelements innerhalb des Aufnahmeraums angeordnet ist, ein Schraubenkörper des Schraubenelements durch Montageöffnungen der Flansche ragt und eine Schraubenmutter auf den Schraubenkörper aufgeschraubt ist. Durch die notwendige sequenzielle Montage des Laufschaufelsystems wird bei einer derartigen Anordnung eine mechanisch stabile, einfache und schnelle Montage der Schraubenmutter an dem bezüglich des Schraubenkopfs innen- und bezüglich des Schraubenkörpers außenliegenden Schraubenelement ermöglicht.
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Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Wellenleistungstriebwerk ein im Turbinenbereich angeordnetes Leitschaufelsystem mit einer Mehrzahl an Leitschaufeln umfasst, wobei die Leitschaufeln bezüglich der Welle axial zwischen den Laufschaufeln des Laufschaufelsystems angeordnet sind. Hierdurch können die Zuströmverhältnisse der ersten Rotorscheibe gegebenenfalls situationsabhängig optimiert werden. Das Leitschaufelsystem kann dabei grundsätzlich verstellbar ausgebildet sein.
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Es ist vorgesehen, dass die erste Rotorscheibe, die weitere Rotorscheibe und das Leitschaufelsystem einen gegenüber einem turbinenseitigen Heißgasstrom zumindest weitgehend abgedichteten Hohlraum begrenzen, innerhalb welchem zumindest die Schraubenmutter der Schraubverbindung angeordnet ist. Die Schraubenmutter der Schraubverbindung ist somit analog dem im Aufnahmeraum angeordneten Schraubenkopf sicher vor Heißgas und einer damit verbundenen Heißgaskorrosion geschützt.
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Ein besonders zuverlässiger Schutz auch bei sehr hohen Betriebstemperaturen ist dadurch ermöglicht, dass ein Gasführungssystem vorgesehen ist, mittels welchem zumindest ein wellenseitiger Kühlgasstrom durch die Flansche in den Hohlraum zu leiten ist. Dies ermöglicht während des Betriebs die Ausbildung einer Kühlgasschicht und damit einen besonders sicheren Schutz vor Überhitzung und Heißgaskorrosionen. Weiterhin kann hierdurch eine zumindest weitgehende Gestaltung des Turbinenbereichs ohne spezielle Dichtelemente (sog. Inner Air Seals, IAS) erfolgen, da diese sowohl eine maximal zulässige Betriebstemperatur als auch eine maximale Umfangsgeschwindigkeit des Wellenleistungstriebwerks begrenzen würden. Beispielsweise können bei aus dem Stand der Technik bekannten Standardbauweisen bei der Verwendung von Inner Air Seals teilweise Schäden durch Risse und in weiterer Folge teilweise größere Ausbrüche der IAS entstehen. Zudem sind IAS nicht selbsttragend. Eine Gestaltung ohne derartige IAS ermöglicht daher in Verbindung mit der mit scheibennahen Rotorverschraubung eine besonders gewichtsoptimierte und kompakte Gestaltung des Wellenleistungstriebwerks.
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Der Hohlraum und das Gasführungssystem sind derart aneinander angepasst, dass sich während des Betriebs des Wellenleistungstriebwerks zumindest im Bereich der Schraubenmutter ein Kühlgaswirbel ausbildet. Durch eine gezielte geometrische Ausgestaltung und Abstimmung der Kühlgasströmung vor allem hinsichtlich Geschwindigkeit und Wirbelbildung ist ein besonders zuverlässiger Schutz vor unerwünschten Heißgaseinbrüchen gegeben, wodurch einerseits eine Überhitzung der betreffenden Bauteile und andererseits eine Heißgaskorrosion insbesondere der Schraubenmutter besonders zuverlässig verhindert wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein aus Schaufelfüßen der Laufschaufeln der weiteren Rotorscheibe austretender Kühlgasstrom vorteilhaft zur gezielten Kühlung bzw. Wirbelbildung mitverwendet wird oder die Wirbelbildung unterstützt. Dadurch wird eine besonders betriebsstabile Trennung zwischen Heißgasstrom und Kühlgasstrom erzielt.
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Es ist vorgesehen, dass zwischen dem Flansch der ersten Rotorscheibe und der Schraubenmutter wenigstens ein weiteres Bauteil, nämlich ein Dichtungsträger der ersten Rotorscheibe und ein Gasführungsteil zum Leiten des Kühlgasstroms, angeordnet und mittels der Schraubverbindung festgelegt ist. Auf diese Weise können ein oder mehrere weitere benötigte Bauteile vorteilhaft und ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Schraubverbindungen oder dergleichen zusammen mit der weiteren Rotorscheibe an der ersten Rotorscheibe befestigt werden, wodurch entsprechende Kosten- und Gewichtssenkungen erzielt werden. Ein als Dichtungsträger ausgebildetes Bauteil kann beispielsweise als Teil einer Labyrinth- oder Bürstendichtung ausgebildet sein. Mit Hilfe eines als Gasführungsteil ausgebildeten weiteren Bauteils kann beispielsweise durch Anpassung von dessen Größe, Lage und Anzahl an Gasführungskanälen eine besonders gezielte Strömungsführung des Kühlgasstroms erzeugt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Flansch der ersten Rotorscheibe und der Flansch der weiteren Rotorscheibe und das wenigsten eine weitere Bauteil wenigstens eine vorzugsweise längs des Schraubenkörpers verlaufende Bohrung umfasst. Eine derartige Bohrung ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise eine Strömungsführung des Kühlgasstroms in den Hohlraum. Gleichzeitig ist durch die Bohrung eine Verringerung von mechanischen Verspannungen im Verschraubungsbereich gegeben.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Laufschaufelsystem und/oder das Leitschaufelsystem ein lösbar festgelegtes Deckelelement umfasst, mittels welchem eine Montageöffnung zum Montieren oder Demontieren der Schraubenmutter innerhalb des Hohlraums freigebbar oder verschließbar ist. Bei diesem Konzept kann die Rotorscheibe schrittweise unter der Montageöffnung vorbeigedreht und jeweils eine Schraubenmutter montiert oder demontiert werden. Die Montageöffnung ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine automatisierbare Montage bzw. Demontage mit Hilfe von entsprechenden Werkzeugen ermöglicht ist. Das Deckelelement zum Verschließen der Montageöffnung kann beispielsweise als kostengünstiges Gussteil ausgebildet sein. Zur sicheren Vermeidung von Heißgaseinbruch kann vorgesehen sein, dass das Deckelelement, das beispielsweise an einem statischen Dichtungsträger des Leitschaufelsystems festgelegt sein kann, als sogenanntes Klasse 1 Bauteil und somit ausfallsicher (fail-save) ausgelegt ist. Ein statisches Klasse 1 Bauteil ist jedoch wesentlich besser, einfacher und kostengünstiger auszulegen, als ein hochbelasteter Inner Air Seal Ring der Klasse 1.
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Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads des Wellenleistungstriebwerks ist in weiterer Ausgestaltung dadurch ermöglicht, dass an der weiteren Rotorscheibe zumindest eine zusätzliche Rotorscheibe befestigt ist. Die weitere und alle zusätzlichen Rotorscheiben des Laufschaufelsystems werden dabei vorzugsweise von der ersten Rotorscheibe getragen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Turbinenbereichs eines Wellenleistungstriebwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine vergrößerte Detailansicht des in 1 gezeigten Bereichs II, wobei anstelle einer Bürstendichtung eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist;
- 3 eine weitere schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Bereichs II, wobei ein Gasführungssystem sowie während des Betriebs des Wellenleistungstriebwerks auftretende Gasströmungen vektoriell dargestellt sind;
- 4 eine schematische Perspektivansicht des in 3 gezeigten Bereichs mit den während des Betriebs auftretenden Gasströmungen;
- 5 eine perspektivische und ausschnittsweise Ansicht des in 1 gezeigten Bereichs II;
- 6 eine schematische seitliche Schnittansicht einer Schraubverbindung zwischen Flanschen einer ersten und einer weiteren Rotorscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 7 eine schematische seitliche Schnittansicht der Schraubverbindung zwischen den Flanschen der ersten und der weiteren Rotorscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 8 eine schematische seitliche Schnittansicht der Schraubverbindung zwischen den Flanschen der ersten und der weiteren Rotorscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 9 eine schematische Perspektivansicht eines als Gasführungsteil ausgebildeten Bauteils;
- 10 eine schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Turbinenbereichs, wobei eine während des Betriebs auftretende Temperaturverteilung dargestellt ist;
- 11 eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht eines an einem statischen Dichtungsträger festgelegten Deckelelements;
- 12 eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht des in 11 gezeigten Dichtungsträgers, wobei das Deckelelement entfernt und eine Montageöffnung für eine Schraubenmutter erkennbar ist;
- 13 eine schematische Perspektivansicht des in 11 gezeigten Deckelelements;
- 14 eine schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Turbinenbereichs während eines Demontageschritts der ersten Rotorscheibe; und
- 15 eine schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Turbinenbereichs während eines anschließenden Demontageschritts der ersten Rotorscheibe.
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1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines Turbinenbereichs 10 eines Wellenleistungstriebwerks 12 für ein Luftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel und wird in Zusammenschau mit 2 erläutert werden, in welcher eine vergrößerte Detailansicht des in 1 gezeigten Bereichs II abgebildet ist. Innerhalb des Turbinenbereichs 10 ist dabei ein Laufschaufelsystem 14 angeordneten, welches eine erste, mit einer Welle 16 des Wellenleistungstriebwerks 12 verbundene Rotorscheibe 18a umfasst, die einen Scheibenkörper 20a mit einer Vielzahl an Laufschaufeln 22a sowie einen Flansch 24a zum Befestigen einer weiteren Rotorscheibe 18b aufweist. Um den Turbinenbereich 10 gewichtsoptimiert, kompakt und mechanisch stabil ausbilden zu können, bilden der Flansch 24a und der Scheibenkörper 20a der ersten Rotorscheibe 18a einen Aufnahmeraum 26, innerhalb welchem ein Schraubenkopf 28 eines Schraubenelements 30 angeordnet ist. Der Aufnahmeraum 26 ist bezüglich der Welle 16 radial nach oben, das heißt in Richtung des Heißgasstroms H, abgeschlossen, radial nach unten, das heißt in Richtung des Kühlgasstroms K, geöffnet und zusätzlich an eine Dimension des Schraubenkopfs 28 angepasst ausgebildet, so dass der Schraubenkopf 28 am Flansch 24a und am Scheibenkörper 20a abgestützt und gegen Heißgaskorrosion geschützt ist. Eine besonders hohe mechanische Stabilität wird dabei erreicht, indem der einteilig mit dem Scheibenkörper 20a ausgebildete Flansch 24a bezüglich der Welle 16 unterhalb eines Schaufelfußes 32a der Laufschaufel 22a angeordnet ist, wodurch etwaige Biege- und Torsionsmomente während des Betriebs besonders stark minimiert werden. Dabei kann grundsätzlich auch vorgesehen sein, dass die Rotorscheiben 18a-c und ihre Laufschaufeln 22a-c jeweils einstückig (sog. Blisks) ausgebildet sind.
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Am Flansch 24a der ersten Rotorscheibe 18a ist ein korrespondierender Flansch 24b (Scheibenwing) der weiteren Rotorscheibe 18b angeordnet. Die Rotorscheiben 18a, 18b sind über ihre Flansche 24a, 24b mittels einer Schraubverbindung aneinander befestigt, indem - wie bereits erwähnt - der Schraubenkopf 28 des Schraubenelements 30 innerhalb des Aufnahmeraums 26 angeordnet ist, ein Schraubenkörper 34 des Schraubenelements 30 durch entsprechende Montageöffnungen 36 (vgl. 9) der Flansche 24a, 24b ragt und eine Schraubenmutter 38 auf Seiten des Flansches 24b auf den Schraubenkörper 34 aufgeschraubt ist. An der weiteren Rotorscheibe 18b ist in vergleichbarer Weise eine zusätzliche Rotorscheibe 18c über eine weitere scheibennahe Schraubverbindung befestigt, wobei im Unterschied zur Schraubverbindung zwischen der ersten und der weiteren Rotorscheibe 18a, 18b alle Verschraubungsteile innerhalb des Kühlgasstroms K angeordnet sind. Es ist jedoch zu betonen, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Flansche 24 und der Scheibenkörper 20 sowie die dadurch ermöglichte, scheibennahe Schraubverbindung grundsätzlich auch in anderen Triebwerksbereichen, beispielsweise auf einer Verdichterseite, vorgesehen sein kann.
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Das Wellenleistungstriebwerk 12 umfasst weiterhin ein im Turbinenbereich 10 angeordnetes Leitschaufelsystem 40 mit einer Mehrzahl an Leitschaufeln 42a, 42b, wobei die Leitschaufeln 42a, 42b bezüglich der Welle 16 axial zwischen den jeweiligen Laufschaufeln 22a-c des Laufschaufelsystems 14 angeordnet sind. Die erste Rotorscheibe 18a, die weitere Rotorscheibe 18b und das Leitschaufelsystem 40 begrenzen dabei einen gegenüber dem Heißgasstrom H weitgehend abgedichteten Hohlraum 44, innerhalb welchem die Schraubenmutter 38 der Schraubverbindung angeordnet ist. Wie insbesondere aus 2 deutlich wird, ist zwischen den Flanschen 24a, 24b ein weiteres, als Dichtungsträger ausgebildetes Bauteil 46a angeordnet und ebenfalls mittels der Schraubverbindung festgelegt. Das Bauteil 46a ist dabei beispielhaft in 1 als Dichtfläche ausgebildet und bildet mit einer statischen Bürste 48 eine Bürstendichtung. Die Bürste 48 ist dabei von einem leitschaufelsystemseitigen Dichtungsträger 49 getragen. Demgegenüber bildet das Bauteil 46a in 2 zusammen mit einer leitschaufelsystemseitigen, statischen Dichtfläche 48 eine Labyrinthdichtung. Zwischen der Schraubenmutter 38 und dem Flansch 24b ist weiterhin ein als Gasführungsteil ausgebildetes Bauteil 46b angeordnet, mittels welchem die Zuströmung des in den Hohlraum 44 zu leitenden Kühlgasstroms beeinflussbar ist. Der genaue Aufbau des Bauteils 46b wird im Folgenden näher erläutert werden.
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3 zeigt eine weitere schematische seitliche Schnittansicht des in 1 bzw. 2 gezeigten Bereichs II und wird in Zusammenschau mit 4 erläutert werden. Dabei sind insbesondere ein Gasführungssystems 50 (air based heatshield) sowie die während des Betriebs des Wellenleistungstriebwerks 12 auftretenden Gasströmungen erkennbar, die in 3 zusammen mit ihren relativen Massenstromanteilen vektoriell und in 4 symbolisch mit Linien dargestellt sind. Mit Hilfe des Gasführungssystems 50, welches die üblicherweise im Stand der Technik verwendeten Inner Air Seals ersetzt, wird gemäß Pfeil III Kühlgas an der scheibennahen Rotorverschraubung der ersten Rotorscheibe 18a über eine längs des Schraubenkörpers 34 verlaufenden Bohrungen 52 (s. 5) unter der Schraubenmutter 38 über das Bauteil 46b in den Hohlraum 44 eingeleitet. Der Hohlraum 44 und das Gasführungssystem 50 sind dabei geometrisch derart aneinander angepasst, dass sich während des Betriebs des Wellenleistungstriebwerks 12 zumindest im Bereich der Schraubenmutter 38 ein stabiler Kühlgaswirbel IVa ausbildet (s. 4), so dass die Schraubenmutter 38 optimal vor Heißgaskorrosion geschützt ist. Im Bereich des Schaufelfußes 32b tritt gemäß Pfeil IVb wärmeres Kühlgas in den Hohlraum 44. Zum Erreichen einer gezielten Strömungsführung werden das die Labyrinthdichtung bildende Bauteil 46 und die stationäre Dichtfläche 48 radial bezüglich der Welle 16 derart angeordnet, dass sich der Kühlgasstrom aus dem Schaufelfuß 32b auf den Kühlgaswirbel legt und diesen stabilisiert. Ein Teil des wärmeren Kühlgasstroms entweicht durch die Labyrinthdichtung in Richtung des Heißgasstroms H. Auf diese Weise wird der Heißgasstrom H zuverlässig vom Kühlgasstrom K getrennt und ein entsprechender Schutz der Schraubenmutter 38 sichergestellt. Die sich während des Betriebs ergebenden Temperaturverteilungen innerhalb des Turbinenbereichs 10 sind schematisch in 10 abgebildet, wobei die Temperatur des Heißgasstroms mit T45 , die Temperatur des Kühlgasstroms mit TK1 und die Temperatur eines Nebenkühlgasstroms im Bereich der Welle 16 mit TK2 bezeichnet ist. Wie aus 10 erkennbar ist, überschreiten die jeweiligen Bauteiltemperaturen die zulässigen Werkstoffwerte nicht. Hierdurch ergeben sich in weitere Folge entsprechend gesteigerte Berstreserven der Rotorscheiben 18a-c mit Werten von 140% und mehr.
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5 zeigt eine perspektivische und ausschnittsweise Ansicht des in 1 gezeigten Bereichs II, wobei insbesondere die Details der Schraubverbindung im Bereich der Flansche 24a, 24b erkennbar sind. Zwischen dem Flansch 24b der weiteren Rotorscheibe 18b und der Schraubenmutter 38 ist das als Gasführungsteil ausgebildete Bauteil 46b angeordnet, mittels welchem die Zuströmung des Kühlgases in den Hohlraum 44 beeinflussbar ist. Das Bauteil 46b, welches einzeln in 9 in schematischer Perspektivan- sicht dargestellt ist, ist so gestaltet, dass das Kühlgas einen Schutzfilm über den Flansch 24b der weiteren Rotorscheibe 18b legt. Eine gezielte Abstimmung der Strömung hinsichtlich Geschwindigkeit und Wirbelbildung kann auf konstruktiv einfache Weise durch Variierung der Größe, Lage und Anzahl von Kühlgasbohrungen 54 des Bauteils 46b erzielt werden. Mehr bzw. größere Kühlgasbohrungen 54 ergeben grundsätzlich eine stärkere Zuströmung und damit eine entsprechend stärkere Verwirbelung innerhalb des Hohlraums 44.
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6 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht einer Schraubverbindung zwischen den Flanschen 24a, 24b der ersten und der weiteren Rotorscheibe 18a, 18b gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei wird insbesondere die Kühlgasströmungsführung gemäß Pfeil VI durch den Aufnahmeraum 26, die Bohrung 52 und die Kühlgasbohrung 54 in den Hohlraum 44 deutlich. Der Flansch 24b umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel Führungsnuten 56, in welche der Kühlgasstrom eingeleitet wird. Weiterhin ist erkennbar, dass der Flansch 24b der weiteren Rotorscheibe 18b im Anbindungsbereich an den Flansch 24a im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist und an der Unterseite des Bauteils 46a sowie des Flansches 24a anliegt. Hierdurch ist eine mechanisch besonders stabile Anbindung und Befestigung ermöglicht.
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7 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht der Schraubverbindung zwischen den Flanschen 24a, 24b der ersten und der weiteren Rotorscheibe 18a, 18b gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlgasbohrungen 54 des Bauteils 46b in Ausströmrichtung des mit Pfeil VII gekennzeichneten Kühlgasstroms gewinkelt ausgebildet, wobei der Flansch 24b keine Führungsnuten 56 umfasst. Das Bauteil 46a ist als Teil einer Labyrinthdichtung ausgebildet.
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8 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht der Schraubverbindung zwischen den Flanschen 24a, 24b der ersten und der weiteren Rotorscheibe 18a, 18b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die Kühlgasbohrungen 54 des Bauteils 46b in einem Abstand zum Flansch 24b angeordnet, so dass der Kühlgasstrom gemäß Pfeil VIII auf die Oberfläche des Flansches 24b geleitet wird. Die jeweils geeignete Kühlgasströmung kann somit variabel an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten angepasst werden.
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9 zeigt eine schematische Perspektivansicht des als Gasführungsteil ausgebildeten Bauteils 46b. Dabei ist die Montageöffnung 36 erkennbar, durch welche der Schraubenkörper 34 des Schraubenelements 30 bei der Montage geführt wird. Entsprechende Montageöffnungen 36 sind in allen zu verschraubenden Teilen, das heißt in den Flanschen 24a-c und dem Bauteil 46a, vorgesehen. Ebenfalls erkennbar sind taschenartige Vertiefungen 58, in welche der durch die angrenzenden Bohrungen 52 geführte Kühlgasstrom eingeleitet und durch die Kühlgasbohrungen 54 kontrolliert ausgeleitet wird. Das Bauteil 46b ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als kostengünstiges Gussteil ausgebildet.
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11 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht eines Deckelelements 60, welches an dem leitschaufelsystemseitigen, statischen und ringförmig ausgebildeten Dichtungsträger 49 lösbar festgelegt ist. Das Deckelelement 60 ist im sogenannten „Fishmouth Desing“ gestaltet und verhindert im festgelegten Zustand zuverlässig ein Einbrechen von Heißgas in den Hohlraum 44. 13 zeigt zur weiteren Verdeutlichung eine schematische Perspektivansicht des Deckelelements 60.
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12 zeigt eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht des in 11 gezeigten Dichtungsträgers 49, wobei das Deckelelement 60 entfernt und eine Montageöffnung 62 erkennbar ist, durch welche die Schraubenmutter 38 zur Befestigung der Rotorscheiben 18a, 18b in den Hohlraum 44 eingebracht und auf den Schraubenkörper 34 geschraubt oder von diesem abgeschraubt werden kann.
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Zur näheren Erläuterung des Demontageverfahrens zeigt 14 eine schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Turbinenbereichs 10 während eines Demontageschritts der ersten Rotorscheibe 18a. Dabei werden zunächst die Laufschaufeln 22a der ersten Rotorscheibe 18a abgezogen und ein sog. Outer Air Seal (nicht dargestellt) des Wellenleistungstriebwerks 12 demontiert. Anschließend werden die Leitschaufeln 42a um etwa 4° gekippt, angehoben und aus dem Dichtungsträger 49 ausgehängt. Daraufhin wird der Dichtungsträger 49 in Richtung der ersten Rotorscheibe 18a verschoben und das Deckelelement 60 abgeschraubt.
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15 zeigt schließlich eine schematische seitliche Schnittansicht des in 1 gezeigten Turbinenbereichs 10 während eines anschließenden Demontageschritts der ersten Rotorscheibe 18a. Durch die freigegebene Montageöffnung 62 kann nunmehr ein geeignetes Werkzeug in den Hohlraum 44 eingeführt und zum Abschrauben der Schraubenmutter 38 vom Schraubenkörper 34 verwendet werden. Anschließend kann die erste Rotorscheibe 18a zusammen mit der Welle 16 abgezogen und entfernt werden. Hierdurch wird die in 14 erkennbare Schraubverbindung XIV von innen zugänglich, wodurch die weitere Rotorscheibe 18b von der zusätzlichen Rotorscheibe 18c gelöst und ebenfalls entfernt werden kann. Anschließend können die Leitschaufeln 42b und die Rotorscheibe 18c demontiert werden. Eine Montage der Rotorscheiben 18a-c und der Leitschaufeln 42a, 42b kann analog in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
