DE102018132316A1

DE102018132316A1 - Vorrichtung mit zwei Bauteilen und Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102018132316A1
Application number: DE102018132316.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Kopp
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18
Also published as: US20200191276A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (60) mit zwei Bauteilen (24, 34) vorgeschlagen. Wenigstens eines der Bauteile (34) ist gegenüber dem anderen Bauteil (24) drehbar ausgeführt. Die Bauteile (24, 34) weisen jeweils Öl führende Bereiche (40, 41) auf. Zur Ölübertragung stehen die Bauteile (24, 34) über einen Überlappungsbereich (42) miteinander in Wirkverbindung. Der Überlappungsbereich (42) ist über eine Dichteinheit (43) begrenzt, die wenigstens eine Gleitringdichtung (44) aufweist. Die Gleitringdichtung (44) ist mit mindestens einer Ausnehmung (50) ausgeführt, die mit den Öl führenden Bereichen (40, 41) in Wirkverbindung steht und in Richtung einer zu diesen abgewandten Dichtseite (48) der Gleitringdichtung (44) verlaufend ausgebildet ist. Mit der Dichtseite (48) liegt die Gleitringdichtung (44) zumindest an einem der Bauteile (24) dichtend an. Ein Ende (52) der Ausnehmung (50), das der Dichtseite (48) zugewandt ist, ist von der Dichtseite (48) in axialer Richtung (x) der Gleitringdichtung (44) beabstandet.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit zwei Bauteilen, wobei wenigstens eines der Bauteile gegenüber dem anderen drehbar ausgeführt ist und die Bauteile jeweils Öl führende Bereiche aufweisen. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug.
Aus der EP 0 185 134 A1 ist ein Verschleißindikator für eine Gleitringdichtung bekannt. Der Verschleißindikator gibt nach Abtragung einer vorgegebenen Dicke einer Verschleißschicht eines in der Gleitringdichtung enthaltenen stationären Gleitringes ein Steuersignal ab. Dabei weist der Verschleißindikator zwei im gleichen Radialabstand winklig versetzt angeordnete Elektroden aus Graphit auf. Die Elektroden sind jeweils in achsparallele und von der Rückseite des Gleitringes ausgehende Sacklochbohrungen isolierend eingesetzt sowie mit einer auf Widerstandsänderungen ansprechenden Auswerteschaltung verbunden. Ist eine Verschleißschichtdicke abgetragen, kommen die Elektroden in Kontakt mit der Gleitfläche des rotierenden Gegenringes und tragen auf dieser eine Graphitspur auf. Die Graphitspur verbindet auch bei nicht leitendem Gegenring beide Elektroden elektrisch leitend. Ist der Gleitring aus leitendem Material hergestellt, kann eine Elektrode entfallen. Dann ist die Auswerteschaltung an die verbleibende Elektrode und an den Gleitring angeschlossen.
Nachteilhafterweise ist der Verschleißindikator durch einen hohen apparativen Aufwand gekennzeichnet.
Es sollen eine Vorrichtung und ein Gasturbinentriebwerk zur Verfügung gestellt werden, bei welchen ein Verschleiß einer Gleitringdichtung mit geringem apparativem Aufwand ermittelbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung und mit einem Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 11 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung mit zwei Bauteilen bereitgestellt. Wenigstens eines der Bauteile ist gegenüber dem anderen drehbar ausgeführt. Des Weiteren weisen die Bauteile jeweils Öl führende Bereiche auf. Die Öl führenden Bereiche stehen zur Ölübertragung über einen Überlappungsbereich zwischen den Bauteilen in Wirkverbindung. Der Überlappungsbereich ist zwischen den Bauteilen über eine Dichteinheit begrenzt, die wenigstens eine Gleitringdichtung aufweist.
Die Gleitringdichtung ist mit mindestens einer Ausnehmung ausgeführt, die mit den Öl führenden Bereichen in Verbindung steht. Zusätzlich ist die Ausnehmung in Richtung einer zu den Öl führenden Bereichen abgewandten Dichtseite der Gleitringdichtung verlaufend ausgebildet. Mit der Dichtseite liegt die Gleitringdichtung zumindest an einem der Bauteile dichtend an. Ein Ende der Ausnehmung, das der Dichtseite zugewandt ist, ist von der Dichtseite in axialer Richtung der Gleitringdichtung beabstandet.
Die vorliegende Offenbarung betrifft Vorrichtungen mit zwei Bauteilen, wobei eines der Bauteile drehbar ausgeführt sein kann und das andere Bauteil jeweils gehäuseseitig drehfest ausgebildet sein kann. Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung auch Vorrichtungen, deren Bauteile beide drehbar ausgeführt sind und zwischen welchen eine Differenzdrehzahl auftreten kann.
Im Betrieb der Vorrichtung besteht eben die Möglichkeit, dass zwischen der Dichtfläche und dem Bauteil, an dem die Dichtfläche der Gleitringdichtung anliegt, eine Differenzdrehzahl vorliegt. Diese Differenzdrehzahl verursacht im Bereich der Dichtfläche einen Verschleiß aufgrund eines abrasiven Materialabtrags von der Gleitringdichtung. Der abrasive Materialabtrag bewirkt einen zunehmenden Verschleiß der Gleitringdichtung bzw. eines Kolbenringes. Dabei ist der Verschleiß von Betriebsbedingungen, wie Drehzahlen, an der Gleitringdichtung anliegende Differenzdrücke, Verschmutzungen und dergleichen, aber auch von Einbaubedingungen, beispielsweise eine Oberflächengüte, einen Versatz zwischen den Bauteilen, eine Schiefstellung und ähnlichem, abhängig. Diese Einflussfaktoren erschweren eine zuverlässige Vorhersage des Verschleißes einer Gleitringdichtung und damit auch der Lebensdauer einer Gleitringdichtung.
Über die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein vorzeitiger Verschleiß einer Gleitringdichtung zuverlässig und frühzeitig detektierbar. Dabei ist die Detektion bereits vor einem Zeitpunkt möglich, bevor ein unakzeptabler oder vollständiger Verlust der Dichtleistung der Gleitringdichtung auftritt.
Mittels der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Verschleiß einer Gleitringdichtung mit Hilfe einer künstlich erzeugten Leckage durchführbar, anhand der eine übermäßige bzw. vorzeitige Abnutzung der Gleitringdichtung detektierbar ist. Auf Basis dieser Information ist ein rechtzeitiger Austausch einer Gleitringdichtung planbar, womit ein Ausfall einer mit der Vorrichtung ausgeführten Maschine, wie ein Getriebe oder ein Gasturbinentriebwerk mit einem solchen Getriebe, auf einfache Art und Weise vermeidbar ist.
Hierfür weist die Gleitringdichtung ausgehend von den Öl führenden Bereichen, die üblicherweise auch die Hochdruckseite der Gleitringdichtung darstellen, vorzugsweise mindestens eine Bohrung und/oder eine Nut auf, die in Richtung des an der Gleitringdichtung anliegenden Druckgefälles in die Gleitringdichtung eingebracht ist/sind. Dabei erstreckt sich die Ausnehmung jedoch nicht über die gesamte axiale Breite der Gleitringdichtung.
Die axiale Tiefe der Ausnehmung wird dabei in Abhängigkeit des zu erwartenden Verschleißes der Gleitringdichtung ausgelegt. Mit einer solchen Auslegung besteht nunmehr die Möglichkeit, über eine vordefinierte Lebensdauer der Gleitringdichtung eine zu große Leckage ausgehend von der Hochdruckseite in Richtung der Niederdruckseite der Gleitringdichtung zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung mündet die Ausnehmung im Bereich der Dichtseite, wenn ein definierter Verschleiß der Gleitringdichtung im Bereich der Dichtseite erreicht wird. Dann ist durch die Ausnehmung ein Ölvolumenstrom ausgehend von den Öl führenden Bereichen in Richtung der Dichtseite führbar. Der durch die Ausnehmung geführte Ölvolumenstrom bewirkt im Bereich der Öl führenden Bereiche einen Druckabfall, der als Indikator für das Erreichen eines definierten Verschleißes im Bereich der Gleitringdichtung zur Verfügung steht.
Ist der durch die Ausnehmung führbare Ölvolumenstrom größer oder gleich einem vordefinierten Leckageölvolumenstrom, dann ist das Erreichen des definierten Verschleißes im Bereich der Gleitringdichtung auf einfache Art und Weise ermittelbar. Dabei ist der Druckabfall mit geringem Aufwand beispielsweise über einen im Bereich der Öl führenden Bereiche der Bauteile angeordneten Drucksensor messtechnisch bestimmbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der vordefinierte Leckageölvolumenstrom kleiner als eine Leckage, ab der ein vom Bauteil in das drehbare Bauteil geführter Ölvolumenstrom kleiner als ein Schwellwert ist. Damit ist wiederum gewährleistet, dass ein über die Öl führenden Bereiche der Bauteile mit Öl zu versorgendes Bauteil mit einem Ölvolumenstrom beaufschlagt wird, der zur Aufrechterhaltung der Funktionsweise des Bauteiles ausreichend ist. Ein solcher Ölvolumenstrom kann beispielsweise zur Kühlung und/oder Schmierung des Bauteiles vorgesehen sein. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der dem Bauteil zugeführte Ölvolumenstrom ein Drucksignal darstellt, in dessen Abhängigkeit das Bauteil im angeforderten Umfang zu betätigen ist.
Bei einer konstruktiv einfachen und mit geringem Aufwand herstellbaren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Ausnehmung als eine in axialer Richtung in der Gleitringdichtung verlaufende Sacklochbohrung ausgeführt.
Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu besteht auch die Möglichkeit, die Ausnehmung als eine Axialnut auszubilden, die in einer Außenseite der Gleitringdichtung angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist der vorzugsweise axiale Abstand zwischen dem Ende der Ausnehmung und der Dichtseite in definiertem Umfang ausgelegt. Dabei ist der Abstand derart, dass ein im Bereich der Dichtfläche über eine definierte Betriebsdauer erwarteter betriebsbedingter Verschleiß der Gleitringdichtung, der mit einem definierten abrasiven Materialabtrag korrespondiert, kleiner ist als die mit dem Abstand korrespondierende Wandstärke der Gleitringdichtung zwischen der Dichtfläche und dem Ende der Ausnehmung.
Damit ist wiederum mit geringem Aufwand gewährleistet, dass ein Zeitraum zwischen zwei Wartungen, zu welchen die Gleitringdichtung ausgetauscht wird, kürzer ist als der Zeitraum, innerhalb dem im Bereich der Gleitringdichtung ein die Dichtleistung der Gleitringdichtung beeinträchtigender Verschleiß im Bereich der Gleitringdichtung auftritt.
Das drehbare Bauteil kann das andere Bauteil radial umgeben und die Gleitringdichtung kann in einer Radialnut des anderen Bauteiles angeordnet sein.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Gleitringdichtung mit ihrer radialen Außenseite dichtend an einer Innenseite des drehenden Bauteils und mit der axialen Dichtseite an einer Wand der Radialnut dichtend anliegt. Dann ist mittels der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf einfache Art und Weise die Verschleißdetektion im Bereich der Gleitringdichtung durchführbar.
Bei einer einfach herstellbaren und mit geringem Aufwand betreibbaren Vorrichtung steht die Ausnehmung im Bereich einer der Dichtseite gegenüberliegenden Dichtseite mit den Öl führenden Bereichen in Verbindung.
Die Gleitringdichtung ist mit geringen Abmessungen ausführbar und eine Belastungsgrenze der Gleitringdichtung wird nur in geringem Umfang beeinträchtigt, wenn die Gleitringdichtung mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Ausnehmungen ausgebildet ist.
Dabei sind die Strömungsquerschnitte der Ausnehmungen gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung in Summe so ausgelegt, dass ab einem definierten Verschleiß der Gleitringdichtung im Bereich der Dichtseite, ab dem die Ausnehmungen im Bereich der Dichtseite münden, durch die Ausnehmungen ein Ölvolumenstrom ausgehend von den Öl führenden Bereichen in Richtung der Dichtseite führbar ist. Dieser Ölvolumenstrom ist wiederum größer oder gleich dem vordefinierten Leckageölvolumenstrom.
Die Anzahl und der Querschnitt der Ausnehmungen sind gemäß einem weiteren Aspekt so aufeinander abgestimmt, dass der Druckabfall auf der Hochdruckseite der Gleitringdichtung sicher detektierbar ist und ein Bauteilversagen aufgrund einer unzureichenden Ölversorgung unterbleibt.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
Zusätzlich umfasst das Gasturbinentriebwerk eine vorbeschriebene Vorrichtung. Dabei ist das eine Bauteil der Vorrichtung mit einer drehbaren Welle des Getriebes, vorzugsweise einem Hohlrad, einem Planetenträger oder einem Sonnenrad gekoppelt, während das andere Bauteil der Vorrichtung drehfest mit einem Gehäuse des Gasturbinentriebwerkes in Wirkverbindung steht.
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass das eine Bauteil der Vorrichtung mit einer drehbaren Welle des vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführten Getriebes und das andere Bauteil der Vorrichtung ebenfalls mit einer drehbaren Welle des Getriebes in Wirkverbindung stehen.
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-1K^-1/(ms^-1)² sind). Die Gebläsespitzenbelastung kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Gasturbinentriebwerke gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges gewünschtes Bypassverhältnis aufweisen, wobei das Bypassverhältnis als das Verhältnis des Massendurchsatzes der Strömung durch den Bypasskanal zu dem Massendurchsatz der Strömung durch den Kern bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen definiert wird. Bei einigen Anordnungen kann das Bypassverhältnis mehr als (in der Größenordnung von): 10, 10,5, 11, 11,5, 12, 12,5, 13, 13,5, 14, 14,5, 15, 15,5, 16, 16,5 oder 17 betragen (liegen). Das Bypassverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Bypasskanal kann im Wesentlichen ringförmig sein. Der Bypasskanal kann sich radial außerhalb des Triebwerkskerns befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und/oder ein Gebläsegehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Der spezifische Schub eines Gasturbinentriebwerks kann als der Nettoschub des Gasturbinentriebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Gasturbinentriebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
Ein Gebläse, das hier beschrieben wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Das Gebläse eines Gasturbinentriebwerkes, das hier beschrieben und beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs bedeuten, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Gasturbinentriebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
Es zeigt:

1 eine Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine Alleindarstellung eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 eine stark vereinfachte Einzelschnittansicht eines in 2 näher gekennzeichneten Bereiches IV;
5 eine 4 entsprechende Darstellung, wobei eine in 5 gezeigte Gleitringdichtung gegenüber dem in 4 gezeigten Zustand einen höheren Verschleiß im Bereich einer Dichtfläche aufweist; und
6 eine schematisierte dreidimensionale Alleindarstellung der Gleitringdichtung gemäß 4 und 5.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse 23, das zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Das Gebläse 23 ist über eine Welle 26 und ein Epizykloidengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben. Dabei wird die Welle 26 auch als Kernwelle bezeichnet.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an, die auch als Kernwelle bezeichnet wird. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 der Epizykloidengetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit und sind jeweils drehbar auf drehfest mit dem Planetenträger 34 verbundenen Trägerelementen 29 angeordnet. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 auf den Trägerelementen 29 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Gebläse 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das Epizykloidengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne um ihre Peripherie zum Kämmen mit den anderen Zahnrädern. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Epizykloidengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Epizykloidengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Epizykloidengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Epizykloidengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann oder können einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
4 zeigt eine stark schematisierte Schnittansicht eines in 2 näher gekennzeichneten Bereiches IV des Gasturbinentriebwerkes 10. Dabei zeigt die Darstellung gemäß 4 eine Vorrichtung 60 mit zwei Bauteilen, wobei das erste Bauteil vorliegend dem Planetenträger 34 und das zweite Bauteil der Stützstruktur 24 entspricht. Damit ist das erste Bauteil 34 drehbar ausgeführt, während das zweite Bauteil 24 gehäuseseitig festgelegt und somit nicht drehbar ausgebildet ist. Die Bauteile 24 und 34 umfassen jeweils Öl führende Bereiche 40, 41.
Zur Ölübertragung stehen die Öl führenden Bereiche 40 und 41 über einen Überlappungsbereich 42 zwischen den Bauteilen 24 und 34 miteinander in Wirkverbindung. Der Überlappungsbereich 42 ist vorliegend über eine Dichteinheit 43 begrenzt, die zwei Gleitringdichtungen 44 umfasst, wobei lediglich eine der beiden Gleitringdichtungen 44 in 4 gezeigt ist.
Die zweite Gleitringdichtung der Dichteinheit 43 ist in axialer Richtung x auf der gegenüberliegenden Seite der beiden Öl führenden Bereiche 40 und 41 angeordnet. Beide Gleitringdichtungen 44 der Dichteinheit 43 sind jeweils in einer Radialnut 45 des Bauteiles 24 angeordnet, wobei wiederum nur eine der beiden Radialnuten 45 in 4 dargestellt ist. Das drehbare Bauteil 34 umgibt das statische Bauteil 24 in radialer Richtung. Zur Abdichtung der Öl führenden Bereiche 40 und 41 liegt die Gleitringdichtung 44 mit ihrer radialen Außenseite 46 dichtend an einer Innenseite 47 des drehbaren Bauteiles 34 an. Zusätzlich liegt die Gleitringdichtung 44 mit einer axialen Dichtfläche 48 an einer Seitenwand 49 der Radialnut 45 dichtend an.
Im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 10 rotiert der Planetenträger 34 mit hoher Drehzahl, während die Stützstruktur 24 stillsteht. Zusätzlich rotiert die Gleitringdichtung 44 gemeinsam mit dem Planetenträger 34, womit im Bereich zwischen der Dichtfläche 48 und der Seitenwand 49 der Radialnut 45 eine hohe Differenzdrehzahl vorliegt. Diese Differenzdrehzahl bewirkt zusammen mit radialen Versatzbewegungen zwischen den Bauteilen 24 und 34 sowie in Abhängigkeit eines Reibwertes zwischen der Dichtfläche 48 und der Seitenwand 49 im Lauf der Betriebsdauer einen zunehmenden Verschleiß. Dieser Verschleiß führt auf Dauer zu einer Reduzierung der Dichtleistung der Dichteinheit 43, weshalb die Dichteinheit 43 bzw. deren Gleitringdichtungen 44 nach Ablauf vordefinierter Wartungsintervalle durch neue Gleitringdichtungen zu ersetzen sind.
Dabei sind diese Wartungsintervalle derart ausgelegt, dass die Gleitringdichtungen 44 vor dem Verlust der Dichtleistung der Dichteinheit 43 ausgetauscht werden. Da ungünstige Betriebszustandsverläufe des Gasturbinentriebwerkes 10 einen unerwünscht hohen Verschleiß im Bereich der Gleitringdichtungen 44 verursachen können, besteht die Möglichkeit, dass die Dichtleistung der Dichteinheit 43 bereits vor Ablauf eines solchen Wartungsintervalles abnimmt. Dann ist eine Ölversorgung des Getriebes 30 ausgehend von der Stützstruktur 24 und über den Planetenträger 34 nicht mehr im erforderlichen Umfang gewährleistet.
Aus diesem Grund sind die Gleitringdichtungen 44 in dem in 4 bis 6 näher dargestellten Umfang mit mehreren Ausnehmungen 50 ausgeführt. Die Ausnehmungen 50 sind über den Umfang der Gleitringdichtung 44 verteilt angeordnet und als Sacklochbohrungen ausgebildet. Des Weiteren erstrecken sich die Ausnehmungen 50 ausgehend von einer Dichtseite 51 der Gleitringdichtung 44 in axialer Richtung x in Richtung der gegenüberliegenden axialen Dichtfläche bzw. der Dichtseite 48. Dabei ist eine axiale Tiefe t50 der Ausnehmungen 50 jeweils kleiner als eine axiale Breite B44 der Gleitringdichtung 44. Die Differenz zwischen der axialen Breite B44 und der axialen Tiefe t50 entspricht einem Abstand zwischen der axialen Dichtseite 48 und einem Ende 52 der Ausnehmungen 50.
Der Abstand zwischen dem Ende 52 der Ausnehmungen 50 und der axialen Dichtseite 48 ist derart ausgelegt, dass ein erwarteter betriebsbedingter Verschleiß der Gleitringdichtung 44 im Bereich der Dichtfläche 48 über eine definierte Betriebsdauer, mit dem ein definierter abrasiver Materialabtrag im Bereich der Dichtfläche 48 einhergeht, kleiner ist als die mit dem Abstand korrespondierende Wandstärke der Gleitringdichtung zwischen der Dichtfläche 48 und dem Ende 52 der Ausnehmungen 50.
Für den Fall, dass der Verschleiß im Bereich der Dichtfläche 48 im Laufe der Betriebsdauer größer ist als der Abstand zwischen der Dichtfläche 48 und dem Ende 52 der Ausnehmungen 50, münden die Ausnehmungen 50 im Bereich der Dichtfläche 48. In einem solchen Zustand der Gleitringdichtung 44 sind die Öl führenden Bereiche 40 und 41 über die Ausnehmungen 50 mit dem der Dichtfläche 48 zugewandten Bereich zwischen den Bauteilen 24 und 34 verbunden. Damit ist Öl durch die Ausnehmungen 50 aus den Öl führenden Bereichen 40 und 41 durch die Dichteinheit 43 hindurch führbar. Dabei ist der über die Ausnehmungen 50 aus den Öl führenden Bereichen 40 und 41 ausleitbare Ölvolumenstrom so klein, dass eine Ölversorgung des Getriebes 30 über die Öl führenden Bereiche 40 und 41 nicht beeinträchtigt wird.
Dieser ausströmende Leckageölvolumenstrom bewirkt, dass der Druck im Bereich der Öl führenden Bereiche 40 und 41 abrupt absinkt. Dieser Druckabfall wird im Bereich eines Drucksensors 53 messtechnisch ermittelt und einem Steuergerät des Gasturbinentriebwerkes 10 als Sensorsignal bzw. Eingangssignal zugeführt. Bei Vorliegen eines solchen Sensorsignales gibt das Steuergerät ein entsprechendes Warnsignal aus, dass im Bereich der Dichteinheit 43 ein definierter Verschleiß vorliegt, der einen Austausch der Gleitringdichtungen 44 erfordert.
Bezugszeichenliste

9: Hauptdrehachse
10: Gasturbinentriebwerk
11: Kern
12: Lufteinlass
14: Niederdruckverdichter
15: Hochdruckverdichter
16: Verbrennungseinrichtung
17: Hochdruckturbine
18: Bypassschubdüse
19: Niederdruckturbine
20: Kernschubdüse
21: Triebwerksgondel
22: Bypasskanal
23: Schubgebläse
24: Stützstruktur
26: Welle, Verbindungswelle
27: Verbindungswelle
28: Sonnenrad
30: Getriebe, Planetengetriebe
32: Planetenrad
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40, 41: Öl führender Bereich
42: Überlappungsbereich
43: Dichteinheit
44: Gleitringdichtung
45: Radialnut
46: radiale Außenseite der Gleitringdichtung
47: Innenseite des Planetenträgers 34
48: axiale Dichtfläche der Gleitringdichtung
49: Seitenwand
50: Ausnehmung
51: Dichtseite
52: Ende der Ausnehmung
53: Drucksensor
60: Vorrichtung
A: Kernluftstrom
B: Bypassluftstrom
B44: axiale Breite der Gleitringdichtung
t50: axiale Tiefe der Ausnehmung
x: axiale Richtung der Dichteinheit

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

EP 0185134 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (60) mit zwei Bauteilen (24, 34), wobei wenigstens eines der Bauteile (34) gegenüber dem anderen Bauteil (24) drehbar ausgeführt ist und die Bauteile (24, 34) jeweils Öl führende Bereiche (40, 41) aufweisen, die zur Ölübertragung über einen Überlappungsbereich (42) zwischen den Bauteilen (24, 34) miteinander Wirkverbindung stehen, wobei der Überlappungsbereich (42) zwischen den Bauteilen (24, 34) über eine Dichteinheit (43) begrenzt ist, die wenigstens eine Gleitringdichtung (44) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtung (44) mit mindestens einer Ausnehmung (50) ausgeführt ist, die mit den Öl führenden Bereichen (40, 41) in Verbindung steht und in Richtung einer zu den Öl führenden Bereichen (40, 41) abgewandten Dichtseite (48) der Gleitringdichtung (44) verlaufend ausgebildet ist, mit der die Gleitringdichtung (44) zumindest an einem der Bauteile (24) dichtend anliegt, wobei ein Ende (52) der Ausnehmung (50), das der Dichtseite (48) zugewandt ist, von der Dichtseite (48) in axialer Richtung (x) der Gleitringdichtung (44) beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ab einem definierten Verschleiß der Gleitringdichtung (44) im Bereich der Dichtseite (48), ab dem die Ausnehmung (50) im Bereich der Dichtseite (48) mündet, durch die Ausnehmung (50) ein Ölvolumenstrom ausgehend von den Öl führenden Bereichen (40, 41) in Richtung der Dichtseite (48) führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Ausnehmung (50) führbare Ölvolumenstrom größer oder gleich einem vordefinierten Leckageölvolumenstrom ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Leckageölvolumenstrom kleiner ist als eine Leckage, ab der ein vom Bauteil (24) in das drehbare Bauteil (34) geführter Ölvolumenstrom kleiner ist als ein Schwellwert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (50) als eine in axialer Richtung in der Gleitringdichtung (44) verlaufende Sacklochbohrung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung als eine Axialnut ausgebildet ist, die in einer Außenseite der Gleitringdichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Ende (52) der Ausnehmung (50) und der Dichtseite (48) derart ausgelegt ist, dass ein erwarteter betriebsbedingter Verschleiß der Gleitringdichtung (44) im Bereich der Dichtfläche (48) über eine definierte Betriebsdauer, mit dem ein definierter abrasiver Materialabtrag einhergeht, kleiner ist als die mit dem Abstand korrespondierende Wandstärke der Gleitringdichtung (44) zwischen der Dichtfläche (48) und dem Ende (52) der Ausnehmung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Bauteil (34) das andere Bauteil (24) radial umgibt und die Gleitringdichtung (44) in einer Radialnut (45) des anderen Bauteils (24) angeordnet ist, wobei die Gleitringdichtung (44) mit ihrer radialen Außenseite (46) dichtend an einer Innenseite (47) des drehenden Bauteils (34) und mit der axialen Dichtseite (48) an einer Wand (49) der Radialnut (45) dichtend anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (50) im Bereich einer der Dichtseite (48) gegenüberliegenden Dichtseite (51) mit den Öl führenden Bereichen (40, 41) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitringdichtung (44) mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Ausnehmungen (50) ausgebildet ist, deren Strömungsquerschnitte in Summe so ausgelegt sind, dass ab einem definierten Verschleiß der Gleitringdichtung (44) im Bereich der Dichtseite (48), ab dem die Ausnehmungen (50) im Bereich der Dichtseite (48) münden, durch die Ausnehmungen (50) ein Ölvolumenstrom ausgehend von den Öl führenden Bereichen (40, 41) in Richtung der Dichtseite (48) führbar ist, der größer oder gleich dem vordefinierten Leckageölvolumenstrom ist.
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine (19) mit dem Verdichter (14) verbindende Kernwelle (26) umfasst; ein Gebläse (23), das stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei das Gebläse mehrere Gebläseschaufeln umfasst; ein Getriebe (30), das einen Eingang von der Kernwelle (26) empfängt und Antrieb für das Gebläse (23) zum Antreiben des Gebläses (23) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) abgibt; und eine Vorrichtung (60) gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, wobei das eine Bauteil der (60) mit einer drehbaren Welle (34) des Getriebes (30) gekoppelt ist und das andere Bauteil der Vorrichtung (60) drehfest mit einem Gehäuse (24) des Gasturbinentriebwerkes (10) in Wirkverbindung steht.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine erste Turbine (19) ist, der Verdichter ein erster Verdichter (14) ist und die Kernwelle eine erste Kernwelle (26) ist; der Triebwerkskern (11) ferner eine zweite Turbine (17), einen zweiten Verdichter (15) und eine zweite Kernwelle (27), die die zweite Turbine (17) mit dem zweiten Verdichter (15) verbindet, umfasst; und die zweite Turbine (17), der zweite Verdichter (15) und die zweite Kernwelle (27) dahingehend angeordnet sind, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle (26) zu drehen.