DE102010049885A1

DE102010049885A1 - Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE102010049885A1
Application number: DE102010049885A
Authority: DE
Inventors: Robert THIES
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: DE102010049885B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk, inbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle (2) und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle (2) angeordneten Niederdruckwelle (3) und mit einer aus Stator (17) und Rotor (18) gebildeten Motor-Generator-Einheit (16). Um eine leichte Zugänglichkeit und eine einfache Kühlung der Motor-Generator-Einheit (16) zu ermöglichen, ist konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle (3) ein statisches Tragrohr (13) gelagert, dessen rückwärtiges Ende (14) mit den statischen Bauteilen (4, 5, 10) des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende (15) bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, wobei die Motor-Generator-Einheit (16) am vorderen Ende (15) des Tragrohres (13) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahltriebwerk, insbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle angeordneten Niederdruckwelle und mit einer aus Stator und Rotor gebildeten Motor-Generator-Einheit.
Ein Strahltriebwerk dieser Bauart ist aus DE 10 2005 046 208 A1 vorbekannt. Bei diesem Strahltriebwerk ist im vorderen Bereich des Hochdruckkompressors auf der Höhe der ersten und zweiten Verdichterstufe die Motor-Generator-Einheit angeordnet, die sich ringförmig um das Kompressorgehäuse umfangsseitig erstreckt. Der Stator ist außen am Kompressorgehäuse angeordnet. Die den Rotor bildenden Schaufelelemente der Verdichterstufe weisen magnetische Eigenschaften auf und erzeugen eine Spannung in den Wicklungen des Stators. Bei diesem Strahltriebwerk mit innerhalb des Triebwerkes angeordneter Motor-Generator-Einheit entfallen eine Gearbox sowie der zugehörige Antriebsstrang, die bei üblicherweise am äußeren Umfang des Triebwerkes angeordneter Motor-Generator-Einheit erforderlich sind, sodass neben einer erheblichen Gewichtreduktion das Gehäuse des Strahltriebwerkes kleiner und leichter gebaut werden kann, wodurch sich auch eine aerodynamische Verbesserung der verkleinerten Triebwerksgondel ergeben kann. Nachteilig bei dieser innerhalb des Triebwerkes angeordneten Motor-Generator-Einheit ist aber, dass die Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit bei Wartungsarbeiten erschwert und eine besondere, eine hohe Energie erfordernde Kühlung der Motor-Generator-Einheit erforderlich sind.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die Motor-Generator-Einheit innerhalb des Triebwerkes so anzuordnen, dass eine leichte Zugänglichkeit und eine einfache Kühlung ermöglicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle ein statisches Tragrohr gelagert ist, dessen rückwärtiges Ende mit den statischen Bauteilen des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, und dass die Motor-Generator-Einheit auf dem vorderen Ende des Tragrohres angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Motor-Generator-Einheit im vorderen Bereich des Triebwerkes besteht eine gute Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit bei erforderlichen Wartungsarbeiten. Ferner liegt die Motor-Generator-Einheit in einem kühlen Bereich des Triebwerkes und benötigt keine besondere Kühlung, es sei denn eine besonders hohe Leistung der Motor-Generator-Einheit erfordert eine spezielle Kühlung. Das statische Tragrohr dient zum Abfangen des an der Motor-Generator-Einheit erzeugten hohen Drehmomentes.
In einer Ausführungsform sind der Stator auf der Innenseite der Motor-Getriebe-Einheit angeordnet und auf dem vorderen Ende des Tragrohres gelagert und der Rotor auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf der Niederdruckwelle gelagert.
In einer weiteren Ausführungsform sind der Stator auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf dem vorderen Ende des Tragrohres gelagert und der Rotor auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit angeordnet und auf der Niederdruckwelle gelagert.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das rückwärtige Ende des statischen Tragrohres mit dem Abgasgehäuse des Triebwerkes fest verbunden ist. Damit wird das Drehmoment der Motor-Generator-Einheit am Abgasgehäuse des Triebwerkes abgefangen.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das vordere Ende des statischen Tragrohres bis in den Bereich eines Nasenkonus des Triebwerkes geführt ist. Dieser ist regelmäßig zur einfachen Demontage ausgebildet, so dass die leichte Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit gewährleistet ist.
Schließlich ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Stator zusätzlich über eine Lageranordnung auf der Niederdruckwelle abgestützt ist. Dies ermöglicht eine besonders stabile Lagerung des Stators.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Verlängerung der Niederdruckwelle zur Aufnahme der Lageranordnung für den Stator und zur Lagerung des Rotors vorgesehen. Dies verbessert ebenfalls die stabile Lagerung sowohl des Stators als auch des Rotors.
Schließlich ist gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass im Innenraum des statischen Tragrohres Kühlleitungen zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit und die für die Motor-Generator-Einheit erforderlichen elektrischen Kabel angeordnet sind. Mittels der Kühlleitungen wird die Lageranordnung mit Kühlmittel versorgt. Sowohl die Kühlleitungen als auch die elektrischen Kabel können am freien, rückwärtigen Ende des Triebwerkes herausgeführt und den zugehörigen Aggregaten zur Bereitstellung eines flüssigen Kühlmediums bzw. einer Steuerungs- und Leistungselektronik zugeführt werden.
Schließlich können im Nasenkonus Öffnungen für einen Kühlluftstrom zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit und/oder der Lageranordnung angeordnet sein. Außerdem können weitere Öffnungen in Strömungsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit angeordnet sein, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit und/oder der Lageranordnung abzuführen.
Das erfindungsgemäße Strahltriebwerk wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen prinzipiellen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk in der ersten Ausführungsform,
2 einen prinzipiellen Längsschnitt durch das Strahltriebwerk in der zweiten Ausführungsform und
3 einen prinzipiellen Querschnitt durch das Strahltriebwerk in der ersten Ausführungsform nach 1 mit der Anordnung von Kühlleitungen und elektrischen Kabeln.
Das insbesondere für ein Luftfahrzeug bestimmte Strahltriebwerk umfasst in der ersten Ausführungsform nach 1 ein Triebwerksgehäuse 1 mit einer relativ kurzen Hochdruckwelle 2 und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle 2 angeordneten, relativ langen Niederdruckwelle 3. Im Triebwerksgehäuse 1 sind eine äußere und eine innere Rahmenstruktur 4 bzw. 5 zur Halterung der vorderen und hinteren Lager 6, 6 bzw. 7, 7' für die Hochdruck- bzw. Niederdruckwellen 2, 3, ein Hochdruckkompressor 8, eine Brennkammer 22, eine Hochdruckturbine 23, eine Niederdruckturbine 9 und das Abgasgehäuse 10 angeordnet. Eingangsseitig sind ein mit der Niederdruckwelle 3 umlaufender Fan 11 und ein Nasenkonus 12 zentrisch zu den Hochdruck- und Niederdruckwellen 2, 3 angeordnet.
Innerhalb der Niederdruckwelle 3 ist ein statisches Tragrohr 13 gelagert, dessen rückwärtiges Ende 14 mit den statischen Bauteilen, hier dem Abgasgehäuse 10 des Triebwerkes, fest verbunden und dessen vorderes Ende 15 bis in den vorderen Bereich des Triebwerkgehäuses 1 unterhalb des Nasenkonus 12 geführt sind. Im Bereich des Nasenkonus 12 ist eine Motor-Generator-Einheit 16 angeordnet, deren Stator 17 auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit 16 über ein Verbindungselement 24 zwischen Stator 17 und der Niederdruckwelle 3 auf dem vorderen Ende 15 des Tragrohres 13 und deren Rotor 18 auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit 16 über ein Verbindungselement 25 zwischen Rotor 18 und Niederdruckwelle 3 auf der Niederdruckwelle 3 gelagert sind. Durch diese Anordnung der Motor-Generator-Einheit 16 im vorderen Bereich des Triebwerkgehäuses 1 innerhalb des Nasenkonus 12 besteht eine gute Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit 16 bei erforderlichen Wartungsarbeiten.
Das statische Tragrohr 13 dient zum Abfangen des an der Motor-Generator-Einheit 16 erzeugten hohen Drehmomentes. Da das rückwärtige Ende 14 des statischen Tragrohres 13 mit dem Abgasgehäuse 10 des Triebwerkes fest verbunden ist, wird das Drehmoment der Motor-Generator-Einheit 16 am Abgasgehäuse 10 des Triebwerkes abgefangen.
Da das vordere Ende 15 des statischen Tragrohres 13 bis in den Bereich des Nasenkonus 12 des Triebwerkgehäuses 1 geführt ist, der regelmäßig zur einfachen Demontage aus gebildet ist, ist die leichte Zugänglichkeit zur Motor-Generator-Einheit 16 gewährleistet.
Im Nasenkonus 12 sind nicht näher gezeigte Öffnungen für einen Kühlluftstrom 29 zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit 16 und/oder der Lageranordnung 19 angeordnet. Weitere nicht gezeigte Öffnungen können in Strömumgsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit 16 angeordnet sein, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit 16 und/oder der Lageranordnung 19 abzuführen.
Der Stator 17 ist zusätzlich über eine Lageranordnung 19 auf der Niederdruckwelle 3 abgestützt. Dies ermöglicht eine besonders stabile Lagerung des Stators 17.
Ferner ist eine Verlängerung 20 der Niederdruckwelle 3 zur Aufnahme der Lageranordnung 19 für den Stator 17 und zur Lagerung des Rotors 18 vorgesehen. Dies verbessert die stabile Lagerung sowohl des Stators 17 als auch des Rotors 18.
Im hohlen Innenraum 21 des statischen Tragrohres 13 sind mit einem Kühlaggregat 26 verbundene Kühlleitungen 27 zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit 16 und die für die Motor-Generator-Einheit 16 erforderlichen elektrischen Kabel 28 angeordnet. Sowohl die Kühlleitungen 27 als auch die elektrischen Kabel 28 können am freien, rückwärtigen Ende 14 des Triebwerkes herausgeführt und den zugehörigen Aggregaten, hier dem Kühlaggregat 26, zur Bereitstellung eines flüssigen Kühlmediums bzw. einer nicht dargestellten Steuerungs- und Leistungselektronik zugeführt werden. (3)
Der Rotor 18 der Motor-Generator-Einheit 16 ist über das Verbindungselement 25 als Anschluss zwischen Rotor 18 und Niederdruckwelle 3 unmittelbar mit der Niederdruckwelle 3 verbunden. Auch der Stator 17 ist über die Lageranordnung 19 und das Verbindungselement 24 mit der Niederdruckwelle 3 verbunden. Damit werden, abgesehen vom Drehmoment, alle Belastungen direkt auf die Niederdruckwelle 3 übertragen. Das Drehmoment des Stators 17 wird auf das Abgasgehäuse 14 der Turbine bzw. des Triebwerkes über das statische Tragrohr 13 übertragen, das im Innern der Niederdruckwelle 3 angeordnet ist.
Die Motor-Generator-Einheit 16 dient der Erzeugung der an Bord des Luftfahrzeuges benötigten elektrischen Energie sowie zur Betreibung von Aggregaten, wie z. B. elektrische Pumpen für den Betrieb des Triebwerkes oder Luftfahrzeuges. Bei entsprechender Auslegung kann die Motor-Generator-Einheit 16 auch die Anlasserfunktion für das Triebwerk übernehmen. Hierzu kann eine nicht dargestellte Kupplung zwischen Niederdruck- und Hochdruckwelle 3 bzw. 2 vorgesehen werden. Die Anordnung der Motor-Generator-Einheit 16 ist nicht auf das hier dargestellte und beschriebene FAN-Triebwerk beschränkt, sondern kann auch bei einem JET-Triebwerk eingesetzt werden. Die Motor-Generator-Einheit 16 ist deutlich vor den beiden Lagern 6, 6' bzw. 7, 7' für die Lagerung der Hochdruck- bzw. der Niederdruckwellen 2, 3 angeordnet.
Die Erfindung umfasst gemäß 2 auch eine Ausführungsform, bei welcher der Rotor 18 auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit 16 angeordnet und auf der Niederdruckwelle 3 gelagert ist und der Stator 17 auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit 16 angeordnet und auf dem vorderen Ende 15 des statischen Tragrohres 13 gelagert ist.
Die 3 zeigt nochmals die erste Ausführungsform nach 1 mit der speziellen Anordnung des Kühlaggregates 26 am rückwärtigen Ende des Triebwerks und der Kühlleitungen 27, die vom Kühlaggregat 26 durch das statische Tragrohr 13 zur unterhalb des Nasenkonus 12 angeordneten Motor-Generator-Einheit 16 verlegt sind. Parallel hierzu verlaufen die elektrischen Kabel 28 ebenfalls durch das statische Tragrohr 13 zur Motor-Generator-Einheit 16.
Bezugszeichenliste

1: Triebwerksgehäuse
2: Hochdruckwelle
3: Niederdruckwelle
4: Äußere Rahmenstruktur
5: Innere Rahmenstruktur
6: Vorderes Lager
7: Hinteres Lager
8: Hochdruckkompressor
9: Niederdruckturbine
10: Abgasgehäuse
11: Fan
12: Nasenkonus
13: statisches Tragrohr
14: rückwärtiges Ende
15: vorderes Ende
16: Motor-Generator-Einheit
17: Stator
18: Rotor
19: Lageranordnung
20: Verlängerung
21: Innenraum
22: Brennkammer
23: Hochdruckturbine
24: Verbindungselement
25: Verbindungselement
26: Kühlaggregat
27: Kühlleitung
28: Elektrische Kabel
29: Kühlluftstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005046208 A1 [0002]

Claims

Strahltriebwerk, inbesondere für ein Luftfahrzeug, mit einer Hochdruckwelle und mit einer konzentrisch innerhalb der Hochdruckwelle angeordneten Niederdruckwelle und mit einer aus Stator und Rotor gebildeten Motor-Generator-Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch innerhalb der Niederdruckwelle (3) ein statisches Tragrohr (13) gelagert ist, dessen rückwärtiges Ende (14) mit den statischen Bauteilen (4, 5, 10) des Triebwerkes fest verbunden und dessen vorderes Ende (15) bis in den vorderen Bereich des Triebwerkes geführt sind, und dass die Motor-Generator-Einheit (16) am vorderen Ende (15) des Tragrohres (13) angeordnet ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (17) auf der Innenseite der Motor-Generator-Einheit (16) angeordnet und auf dem vorderen Ende (15) des Tragrohres (13) gelagert ist und der Rotor (18) auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit (16) angeordnet und auf der Niederdruckwelle (3) gelagert ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (17) auf der Außenseite der Motor-Generator-Einheit (16) angeordnet und auf dem vorderen Ende (15) des Tragrohres (13) gelagert ist und der Rotor (18) auf der Innenseite der Motor-Getriebe-Einheit (16) angeordnet und auf der Niederdruckwelle (3) gelagert ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rückwärtige Ende (14) des statischen Tragrohres (13) mit dem Abgasgehäuse (10) des Triebwerkes fest verbunden ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (15) des statischen Tragrohres (13) bis in den Bereich eines Nasenkonus (12) des Triebwerkes geführt ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (17) über eine Lageranordnung (19) auf der Niederdruckwelle (3) abgestützt ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlängerung (20) der Niederdruckwelle (3) zur Aufnahme der Lageranordnung (19) für den Stator (17) und zur Lagerung des Rotors (18) vorgesehen ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (21) des statischen Tragrohres (13) Kühlleitungen (27) zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit (16) und die für die Motor-Generator-Einheit (16) erforderlichen elektrischen Kabel (28) angeordnet sind.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (19) und/oder die Motor-Generator-Einheit (16) und/oder der Stator (17) über die Kühlleitungen (27) mit Kühlmittel versorgt wird.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Nasenkonus (12) Öffnungen für einen Kühlluftstrom (29) zur Kühlung der Motor-Generator-Einheit (16) und/oder der Lageranordnung (19) angeordnet sind.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Öffnungen in Strömungsrichtung hinter der Motor-Generator-Einheit (16) angeordnet sind, um die erwärmte Kühlluft der Motor-Generator-Einheit (16) und/oder der Lageranordnung (19) abzuführen.