DE102019102450B4

DE102019102450B4 - Verfahren zur Montage eines Getriebemoduls eines Gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE102019102450B4
Application number: DE102019102450.1A
Authority: DE
Inventors: Christos KALLIANTERIS; Angelique Plas
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: DE102019102450A1

Abstract

Verfahren zur Montage eines Getriebemoduls (300) eines Gasturbinentriebwerks (10) für ein Luftfahrzeug, wobei das Gasturbinentriebwerk (10) aufweist:- einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14, 90) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende, als Hohlwelle ausgebildete Turbinenwelle (26, 260) umfasst,- einen Fan (23), der stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst,- das Getriebemodul (300), wobei das Getriebemodul (300) aufweist:- ein Planetengetriebe (30), das eingangsseitig mit der Turbinenwelle (26) gekoppelt und abtriebsseitig einen Antrieb für den Fan (23) zum Antreiben des Fans (23) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle (26) abgibt, wobei das Planetengetriebe (30) einen abtriebsseitigen Drehmomentträger (50) umfasst;- eine Fanwelle (5) zum Antreiben des Fans (23), wobei die Fanwelle (5) direkt oder über eine weitere Welle (52) mit dem abtriebsseitigen Drehmomentträger (50) des Planetengetriebes (30) gekoppelt ist,- eine vordere Unterstützungsstruktur (4), die statisch angeordnet ist und die das Getriebemodul (300) zur axial vorderen Seite begrenzt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Bereitstellen eines Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100), das das Planetengetriebe (30) und die Fanwelle (5) umfasst, und- Lagern des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) in der vorderen Unterstützungsstruktur (4) und/oder Verbinden des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) mit der vorderen Unterstützungsstruktur (4),- wobei die vordere Unterstützungsstruktur (4) vertikal angeordnet und das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) von oben nach unten in die vordere Unterstützungsstruktur (4) eingeführt wird,- und wobei die vordere Unterstützungsstruktur (4) des Weiteren eine statische Hohlradanbindung (45) umfasst, die der Lagerung eines Hohlrads (38) des Planetengetriebes (30) dient, wobei das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) mit der Hohlradanbindung (45) verbunden wird, wenn das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) in der vorderen Unterstützungsstruktur (4) montiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Getriebemoduls eines Gasturbinentriebwerks.
Es ist bekannt, den Fan eines Gasturbinentriebwerks über ein Getriebe mit einer Turbinenwelle zu koppeln. Ein solches Getriebe kann als Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei das Planetengetriebe einen Eingang von der Turbinenwelle empfängt und Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt. Das Planetengetriebe umfasst Planetenräder, die von einem Sonnenrad angetrieben werden und die in einem Hohlrad umlaufen. In den Planetenrädern ist jeweils ein Planetenstift angeordnet, der in Trägerplatten eines Planetenträgers befestigt ist. Der Planetenträger ist mit einer Antriebswelle für den Fan gekoppelt.
Aus der US 2016 / 0 017 752 A1 ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Turbofan-Triebwerks bekannt, bei dem eine hintere Lageranordnung und eine Sonnenwelle gekoppelt und als Einheit mit einem hinteren Lagergehäuses sowie ein Planetengetriebe und eine Fanwelle mit einem vorderen Lagergehäuse verbunden werden. Dabei wird die Sonnenwelle mit dem Planetengetriebe gekoppelt und das hintere Lagergehäuse mit dem vorderen Lagerdehäuse verbunden.
Aus der US 2012 / 0 263 579 A1 ist ein Gasturbinentriebwerk bekannt, bei dem eine Turbinenwelle über ein Getriebemodul mit einem Fan gekoppelt ist. Das Getriebemodul umfasst ein Planetengetriebe und eine Fanwelle, die in einer Fanwellenunterstützung gelagert ist. Zur Demontage des Gasturbinentriebwerks ist vorgesehen, dass zunächst das Fanmodul von der Fanwelle entfernt wird. Anschließend wird die Fanwellenunterstützung zusammen mit dem Planetengetriebe von einer zentralen Unterstützungsstruktur entfernt, wobei das Planetengetriebe axial nach vorne geschoben wird.
Aus der US 2016 / 0 017 752 A1 ist es bekannt, bei der Montage von Gasturbinentriebwerken Komponenten vertikal anzuordnen und eine Montage von oben nach unten vorzunehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, das in effektiver Weise die Montage eines Planetengetriebes sowie weiterer Komponenten, die mit dem Planetengetriebe verbunden oder gekoppelt sind, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Getriebemoduls eines Gasturbinentriebwerks. Das Gasturbinentriebwerk umfasst einen Triebwerkskern mit einer Turbine, einem Verdichter und einer die Turbine mit dem Verdichter verbindenden Turbinenwelle, einen Fan und ein Getriebemodul.
Das Getriebemodul weist ein Planetengetriebe auf, das eingangsseitig mit der Turbinenwelle gekoppelt und abtriebsseitig einen Antrieb für den Fan zum Antreiben des Fans mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle abgibt. Das Getriebemodul weist des Weiteren ein Fanwelle zum Antreiben des Fans auf, wobei die Fanwelle direkt oder über eine weitere Welle mit einem abtriebsseitigen Drehmomentträger des Planetengetriebes gekoppelt ist. Weiter ist eine vordere statische Unterstützungsstruktur vorgesehen, die das Getriebemodul zur axial vorderen Seite begrenzt.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Planetengetriebe/Fanwellenmodul bereitgestellt wird, das das Planetengetriebe und die Fanwelle als vorgefertigte Einheit umfasst. Das Planetengetriebe/Fanwellenmodul wird in der vorderen Unterstützungsstruktur gelagert und/oder mit dieser verbunden.
Dass das Planetengetriebe/Fanwellenmodul in der vorderen Unterstützungsstruktur gelagert und/oder mit dieser verbunden wird, ist dahingehend zu verstehen, dass rotierende Elemente des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls, insbesondere die Fanwelle und gegebenenfalls eine mit dieser gekoppelte weitere Welle in der Unterstützungsstruktur gelagert werden, und/oder statische Elemente des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls, insbesondere das nichtrotierende Hohlrad des Planetengetriebes mit der Unterstützungsstruktur verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, zunächst das Planetengetriebe und die Fanwelle zu einer gemeinsamen Einheit zu koppeln und die Montage des Getriebemoduls unter Verwendung dieser gekoppelten Einheit vorzunehmen. Die gekoppelte Einheit wird dabei in einer Unterstützungsstruktur, die Teil der tragenden Struktur des Gastturbinentriebwerks ist, gelagert und/oder mit dieser verbunden.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die vordere Unterstützungsstruktur vertikal angeordnet und das Planetengetriebe/Fanwellenmodul von oben nach unten in die Unterstützungsstruktur eingeführt wird. Die vordere Unterstützungsstruktur wird dabei beispielsweise auf einem Montagetisch gelagert. Durch die vertikale Montage kann diese kontrolliert und in übersichtlicher Weise erfolgen.
Die Erfindung sieht weiter vor, dass die vordere Unterstützungsstruktur des Weiteren eine statische Hohlradanbindung umfasst, die der Lagerung eines Hohlrads des Planetengetriebes dient, wobei das Planetengetriebe/Fanwellenmodul mit der Hohlradanbindung verbunden wird, wenn das Planetengetriebe/Fanwellenmodul in der vorderen Unterstützungsstruktur montiert wird. Eine Lagerung der rotierenden Teile und eine Befestigung der statischen Teile des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls erfolgen somit in einem Verfahrensschritt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die vordere Unterstützungsstruktur ein vorderes Unterstützungsgehäuse umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe/Fanwellenmodul über ein hinteres Lager, das eine mit der Fanwelle gekoppelte Trägerwelle lagert, und über ein vorderes Lager, das die Fanwelle lagert, in dem vorderen Unterstützungsgehäuse gelagert wird. Dabei trägt das vordere Unterstützungsgehäuse das hintere Lager und das vordere Lager und kann insofern auch als Lagergehäuses bezeichnet werden. Das vordere Unterstützungsgehäuse kann konisch ausgebildet sein, wobei es nach vorne konisch zusammenläuft.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Getriebemodul des Weiteren ein hinteres Unterstützungsgehäuse aufweist, das das Getriebemodul im axial hinteren Bereich gegenüber der Umgebung abgrenzt, wobei das hintere Unterstützungsgehäuse nach der Lagerung des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls montiert wird. Das hintere Unterstützungsgehäuse kann ebenfalls konisch oder teilweise konisch ausgebildet sein, wobei es sich nach hinten verjüngt.
Weiter kann eine Ausführungsvariante vorsehen, dass eine Ölzuführeinrichtung für das Planetengetriebe montiert wird, wobei die Ölzuführeinrichtung am hinteren Unterstützungsgehäuse gelagert wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ölzuführeinrichtung am Planetengetriebe vormontiert wird. Die Ölzuführeinrichtung dient der Bereitstellung von Öl für das Planetengetriebe.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass in einem weiteren Verfahrensschritt ein hinteres Lager- und Dichtungsgehäuse montiert wird, wobei das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse mit dem hinteren Unterstützungsgehäuse verbunden wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse mit dem hinteren Unterstützungsgehäuse erst nach der Montage der Ölzuführeinrichtung verbunden wird. Das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse dient dazu, ein hinteres Sonnenwellenlager für eine Sonnenwelle bereitzustellen und dieses abzudichten.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das Getriebemodul des Weiteren eine Sonnenwelle umfasst, die ein Sonnenrad des Planetengetriebes antreibt, wobei die Sonnenwelle nach der Montage des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls in der vorderen Unterstützungsstruktur in der dadurch entstehenden Struktur montiert wird. Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sonnenwelle ebenfalls vertikal angeordnet und von oben nach unten in die bisher montierte Struktur eingeführt wird.
Die Sonnenwelle wird beispielsweise in dem erwähnten Sonnenwellenlager am hinteren Lager- und Dichtungsgehäuse gelagert.
Nach Montage der Sonnenwelle wird eine axial hintere Dichtung montiert, die den Getrieberaum des Getriebemoduls gegenüber der Umgebung abgedichtet. Eine Ausführungsvariante hierzu sieht vor, dass nach Montage der Sonnenwelle ein axial hinterer Spalt zwischen dem hinteren Lager- und Dichtungsgehäuse und der Sonnenwelle durch die axial hintere Dichtung abgedichtet wird.
Eine Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sieht vor, dass das Getriebemodul des Weiteren eine axial vordere Dichtung umfasst, die den Getrieberaum zwischen dem vorderen Unterstützungsgehäuse und der Fanwelle abgedichtet, wobei die axial vordere Dichtung nach Montage der Sonnenwelle montiert wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die bisher montierte Struktur um 180° gedreht wird, bevor die axial vordere Dichtung montiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebemodul des Weiteren ein variables Eintrittsleitrad auf, wobei das variable Eintrittsleitrad mit der vorderen Unterstützungsstruktur verbunden wird. Hierzu sieht eine Ausführungsvariante vor, dass die vordere Unterstützungsstruktur ein Leitrad in den Primärstromkanal des Gasturbinentriebwerks umfasst, wobei das variable Eintrittsleitrad mit dem Leitrad in den Primärstromkanal verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird nach dem Getriebemodul eine Schubwelle montiert, wobei die Schubwelle nicht Bestandteil des Getriebemoduls ist. Mit der Montage der Schubwelle wird das Gehäuseinnere, in dem eine Öl/Luft-Atmosphäre vorliegt, abschließend gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Bei der Montage der Sonnenwelle kann gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen werden, dass die Sonnenwelle in einem Zwischenschritt nach Kopplung mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes axial nach vorne verschoben und in dieser verschobenen axialen Stellung fixiert wird. Dies erleichtert, weitere Komponenten wie zum Beispiel Dichtringe für die Keilwellenverbindung zwischen der Sonnenwelle und dem Sonnenrad geeignet zu positionieren. Schließend wird das Sonnenrad wieder in die finale Position gebracht und in dieser fixiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass, sofern in dieser Beschreibung auf ein Planetengetriebe Bezug genommen wird, dieses nur beispielhaft für ein Untersetzungsgetriebe steht, das auch in anderer Weise als als Planetengetriebe ausgebildet sein kann. Der Begriff Planetengetriebe wird somit generisch für jedes Untersetzungsgetriebe verwendet.
Es wird weiter darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei durch die Maschinenachse des Getriebefan-Triebwerks definiert. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich auf die radiale Richtung.
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).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder 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/oder 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, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. 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^-1 K^-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/oder 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/oder 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 Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks 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 Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder 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 und/oder beansprucht 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 und/oder beansprucht 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/oder 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 einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder 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, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk 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/oder 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.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 eine Schnittdarstellung eines Planetengetriebe/Fanwellenmoduls, das ein Planetengetriebe und eine mit diesem gekoppelte Fanwelle umfasst und das zum Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk gemäß 1 geeignet ist;
5 in Schnittdarstellung ein Getriebemodul, das neben dem Planetengetriebe/Fanwellenmodul der 4 eine vordere statische Stützstruktur, ein hinteres Unterstützungsgehäuse und eine Sonnenwelle umfasst;
6 in Schnitterstellung einen axial vorderen Teilbereich eines Gasturbinentriebwerks, der das Getriebemodul der 4 und einen Verdichter umfasst;
7 einen ersten Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei eine vordere, konisch ausgebildete Unterstützungsstruktur in vertikaler Anordnung bereitgestellt wird;
8 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei das Planetengetriebe/Fanwellenmodul mit der vorderen Unterstützungsstruktur verbunden wird;
9 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei ein hinteres, konisches Unterstützungsgehäuse montiert wird;
10 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei ein hinteres Lager- und Dichtungsgehäuse montiert wird;
11 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei die Sonnenwelle, die durch den axial vorderen Teil einer geteilten Turbinenwelle gebildet ist, montiert wird;
12 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei eine axial hintere Dichtung des Getrieberaums montiert wird:
13 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei ein variables Eintrittsleitrad montiert wird; und
14 einen weiteren Verfahrensschritt zur Montage eines Getriebemoduls gemäß der 5, wobei eine axial vordere Dichtung des Getrieberaums montiert wird.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse bzw. Fan 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.
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. 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. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 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 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. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
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.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebe/Fanwellenmoduls 100 eines als Getriebefan-Triebwerk ausgebildeten Gasturbinentriebwerks 10 gemäß der 1 in einer Schnittdarstellung.
Das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 100 umfasst ein Planetengetriebe 30, eine Trägerwelle 52 und eine Fanwelle 5, wobei letztere beide Komponenten ein Fanwellenmodul darstellen. Dabei ist vorgesehen, dass das Planetengetriebe 30 und das Fanwellenmodul 52, 5 vorab zu einem Modul gekoppelt werden.
Das Planetengetriebe 30 weist ein Sonnenrad 28 auf, das von einer Antriebswelle bzw. Sonnenwelle (nicht dargestellt) angetrieben wird. Wie noch in Bezug auf die 5 erläutert wird, handelt es sich bei der Sonnenwelle um den axial vorderen Abschnitt einer geteilten Turbinenwelle, die die Niederdruckturbine 19 (vgl. 1) mit dem Planetengetriebe 30 verbindet. Das Sonnenrad 28 und die Antriebswelle drehen sich dabei um die Maschinenachse 9 des Gasturbinentriebwerks 10 (vgl. 1).
Das Planetengetriebe 30 umfasst des Weiteren eine Mehrzahl von Planetenrädern 32, von denen in der Schnittdarstellung der 4 eines dargestellt ist. Das Sonnenrad 28 treibt die Mehrzahl der Planetenräder 32 an, wobei eine Verzahnung des Sonnenrads 28 mit einer Verzahnung des Planetenrads 32 in Eingriff steht.
Das Planetenrad 32 ist hohlzylindrisch ausgebildet und bildet eine äußere Mantelfläche und eine innere Mantelfläche. Das Planetenrad 32 rotiert - angetrieben durch das Sonnenrad 28 - um eine Drehachse, die parallel zur Maschinenachse verläuft. Die äußere Mantelfläche des Planetenrads 32 bildet eine Verzahnung aus, die mit der Verzahnung eines Hohlrads 38 in Eingriff steht. Das Hohlrad 38 ist feststehend, d. h. nichtrotierend angeordnet. Die Planetenräder 32 rotieren aufgrund ihrer Kopplung mit dem Sonnenrad 28 und wandern dabei entlang des Umfangs des Hohlrads 38. Die Rotation der Planetenräder 32 entlang des Umfangs des Hohlrads 38 ist langsamer als die Rotation der Antriebswelle, wodurch eine Untersetzung bereitgestellt wird.
Das Planetenrad 32 weist angrenzend an seine innere Mantelfläche eine zentrierte axiale Öffnung auf. In die Öffnung eingebracht ist ein Planetenstift 6, der auch selbst eine axiale Bohrung aufweist (nicht gesondert dargestellt), deren Längsachse identisch ist mit der Drehachse des Planetenrads 32, wobei der Planetenstift 6 und das Planetenrad 32 an ihren einander zugewandten Flächen ein Lager 65 bilden, beispielsweise ein Wälzlager oder ein Gleitlager.
Zur Schmierung des Lagers 65 zwischen Planetenstift 6 und Planetenrad 32 ist eine Ölzuführeinrichtung vorgesehen, die einen Ölzuführungskanal umfasst, über den Öl eines zirkulierenden Ölsystems in Schmierfilmöffnungen im Planetenstift 6 geleitet wird.
Die 4 zeigt des Weiteren eine vordere Trägerplatte 341 und eine hintere Trägerplatte 342, die Bestandteile des Planetenträgers 34 sind, vgl. 2. Der Planetenstift 6 ist mit der vorderen Trägerplatte 341 und mit der hinteren Trägerplatte 342 fest verbunden. Die vordere Trägerplatte 341 ist mit einem Drehmomentträger 50 verbunden oder einstückig mit einem solchen ausgebildet. Der Drehmomentträger 50 bildet ein Abtriebselement des Planetengetriebes 30.
Der Drehmomentträger 50 ist in einem nicht näher dargestellten Kopplungsbereich 51 mit der Trägerwelle 52 gekoppelt, die wiederum in einem nicht näher dargestellten Kopplungsbereich 53 mit der Fanwelle 5 gekoppelt ist. Die Kopplungsbereiche 31, 53 sind beispielsweise durch Keilwellenverzahnungen gebildet. Die Fanwelle 5 ist in ihrem axial vorderen Bereich nur teilweise dargestellt. Sie bildet, wie in der 2 dargestellt ist, einen äußeren Ring aus, an dem die Fanschaufeln 23 befestigt oder mit dem sie einstückig ausgebildet sind. Zusammen bilden der Drehmomentträger 50, die Trägerwelle 52 und die Fanwelle 5 eine rotierende Struktur zur Übertragung des vom Planetengetriebe 30 abgegebenen Drehmoments auf den Fan.
Die 5 zeigt ein Getriebemodul 300, das das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 100 der 4 sowie weitere Komponenten umfasst, die nachfolgend erläutert werden. Dabei verhält es sich so, dass das Planetengetriebe 30 in einem Getrieberaum 7 angeordnet ist, der über miteinander verbundene statische und rotierende Komponenten sowie Dichtungen gegenüber den angrenzenden Bereichen des Triebwerks abgedichtet ist. Die weiteren Komponenten bilden dabei zusammen eine Art Gehäuse des Getriebemoduls 300. Innerhalb des Getrieberaums 7 befinden sich ölversorgte Bereiche, so dass im Getrieberaum eine Öl/Luft-Mischung vorliegt. Außerhalb des Getrieberaums 7 befindet sich eine trockene Umgebung (ohne Öl).
Das Getriebemodul 300 umfasst als weitere Komponente eine vordere Unterstützungsstruktur 4, die eine vorgefertigte Baugruppe darstellt. Die vordere Unterstützungsstruktur 4 ist statisch, d. h. nichtrotierend angeordnet und Teil einer tragenden Stützstruktur des Triebwerks. Die vordere Unterstützungsstruktur 4 umfasst ein vorderes, kegelförmiges Unterstützungsgehäuse 40, ein hinteres Lager 41, das die Trägerwelle 52 im Kopplungsbereich 51 (vgl. 4) lagert, und ein vorderes Lager 42, das die Fanwelle 5 axial vorne lagert. Das vordere, kegelförmige Unterstützungsgehäuse 40 kann auch als Lagergehäuse für die Lager 41, 42 bezeichnet werden.
Die vordere Unterstützungsstruktur 4 umfasst des Weiteren eine statische Hohlradanbindung 45 für das Hohlrad 38, die über einen Verbindungsbereich 44 mit dem vorderen Unterstützungsgehäuse 40 verbunden ist.
Des Weiteren umfasst das vordere Unterstützungsgehäuse 40 die axial vorderste Schaufelreihe 80 im Primärstromkanal, die auch als ESS bezeichnet wird (ESS = „Engine Section Stator“). Das ESS 80 bildet dabei einen Teil der tragenden Struktur des Triebwerks. Es ist über Arme (nicht dargestellt) mit Streben verbunden, die im Bypass-Kanal radial verlaufen und die vordere Unterstützungsstruktur 4 mit einem Außengehäuse des Triebwerks verbinden. Des Weiteren ist das ESS 80 mit einem Gehäuseabschnitt 83 verbunden, der hinter dem ESS 80 das Außengehäuse des Primärstromkanals durch das Kerntriebwerk bildet und in dem ein variables Eintrittsleitrad 81 für den nachfolgenden Verdichter gelagert ist. Ein solches Eintrittsleitrad wird auch als VIGV (VIGV = „Variable Inlet Guide Vane“) bezeichnet. Solche Eintrittsleiträder erhöhen den Drall in der Strömung und verbessern den Arbeitsbereich eines Verdichters.
Das Getriebemodul 300 umfasst als weitere Komponente die Sonnenwelle 26, die das Sonnenrad 28 des Planetengetriebes 30 antreibt. Die Sonnenwelle 26 bildet den axial vorderen Teil der Turbinenwelle, die die Niederdruckturbine mit dem Planetengetriebe 30 gekoppelt. Dabei ist die Turbinenwelle als geteilte Welle mit der axial vorderen Sonnenwelle 26 und mindestens einer mit der Sonnenwelle gekoppelten hinteren Turbinenwelle ausgebildet.
Das Getriebemodul 300 weist als weitere Komponente ein hinteres kegelförmiges Unterstützungsgehäuse 71 auf, das Wandungen 72, 73 umfasst. Die radial äußere Wandung 72 ist an ihrem radial äußeren Ende mit der vorderen Unterstützungsstruktur 4 verbunden. Die radial innere Wandung 73 weist an ihrem radial inneren Ende ein Lager 74 auf, das zur Lagerung der hinteren Trägerplatte 342 dient.
Mit dem Unterstützungsgehäuse 71 ist des Weiteren ein hinteres Lager- und Dichtungsgehäuse 75 verbunden, wobei letzteres als Teil des Unterstützungsgehäuses 71 angesehen werden kann. Das Lager- und Dichtungsgehäuse 75 stellt das Gehäuse für ein Lager 43 und für eine Dichtung 101 bereit. Bei dem Lager 43 handelt es sich um ein Lager zur Lagerung der Sonnenwelle 26 bzw. eines Wellenabschnitts 26a der Sonnenwelle 26.
Bei der Dichtung 101 handelt es sich um die axial hinterste Dichtung des Getriebemoduls 300. Die Dichtung 101 dichtet das Innere des Getrieberaums 7 gegenüber der Umgebung ab. Konkret dichtet sie einen Ringspalt zwischen dem Lager- und Dichtungsgehäuse 75 und dem Bereich 26a der Sonnenwelle ab. Es handelt sich bei der Dichtung 101 um eine Öl/Luft-Luft Dichtung. Die Dichtung 101 ist beispielsweise als Labyrinthdichtung oder als Karbondichtung ausgebildet. Sie kann insbesondere als umlaufende Kontaktkarbondichtung (contacting circumferential carbon seal), berührungslose umlaufende Karbondichtung (air riding circumferential carbon seal), bogenförmig gebundene umlaufende Karbondichtung (archbound circumferential carbon seal), axiale Karbondichtung (axial carbon seal), Ringdichtung, Lippendichtung oder als eine beliebige Kombination aus den vorstehend aufgeführten Dichtungsarten ausgebildet sein. Die genannten Ausgestaltungen für die Dichtung 101 gelten auch für alle anderen Dichtungen des Getriebemoduls 300.
Eine vordere Dichtung 102 dichtet das vordere Unterstützungsgehäuse 40 gegenüber der Fanwelle 5 ab.
Allgemein gilt, dass statische Verbindungen zwischen den genannten Komponenten beispielsweise über Bolzen, Stifte, Flanschverbindungen und/oder Schraubverbindungen realisiert werden.
Die 6 zeigt das Getriebemodul 300 zusammen mit einem Verdichter 90, der sich im Primärstromkanal an das variable Eintrittsleitrad 81 anschließt. Der Verdichter 90 entspricht dem Verdichter 14 der 1. Der Verdichter 90 umfasst in an sich bekannter Weise ein Außengehäuse 91, Rotorschaufeln 92 und Statorschaufeln 93. Die Rotorschaufeln 92 sind am radial äußeren Ende von Verdichterscheiben 95 angeordnet, die durch eine hintere Turbinenwelle 260 angetrieben werden, die in einer Kupplung 261 mit der Sonnenwelle 26 drehfest verbunden ist. Die Kupplung 261 ist beispielsweise als geschweifte Kupplung („curvic coupling“) ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass jeweils die Verdichterscheibe 95, die Rotornabe und die Rotorschaufeln 92 integral (einstückig) in BLISK-Bauweise (BLISK = „Blade Integrated Disk“) ausgebildet sind.
Das Modul 300 wird als vormontierte Baugruppe im Triebwerk montiert wird. Die Verbindung erfolgt über Flansche 851, 852 und eine entsprechende Flanschverbindung sowie durch Verbindung der beiden Abschnitte 26, 260 der Turbinenwelle mittels der Kupplung 261.
Es wird darauf hingewiesen, dass die axial hinterste Dichtung 101 des Getriebemoduls 300 axial vor der axial vordersten Verdichterscheibe 95 angeordnet ist. Hierdurch wird eine Blindmontage der Dichtung 101 und des Sonnenwellenlagers 43 vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Getriebemodul 300 insgesamt kürzer ausgebildet ist und besser gehandhabt werden kann.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass auch das axial hintere Ende der Sonnenwelle 26, d. h. das axial hintere Ende des vorderen Teils der geteilten Turbinenwelle axial vor der axial vordersten Verdichterscheibe 95 angeordnet ist. Dies ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, dass ebenfalls keine Blindmontage der Kupplung 261 zwischen der Sonnenwelle 26 und der hinteren Turbinenwelle 260 erforderlich ist. Das gesamte Getriebemodul 300 erstreckt sich für diesen Fall axial vor den Verdichterscheiben 95, ohne dass Teile des Getriebemoduls 300 unterhalb der Verdichterscheiben 95 montiert werden müssen.
In den nachfolgenden Figuren wird der Ablauf des Zusammenbaus des Getriebemoduls 300 beschrieben.
Die Montage folgt allgemein in vertikaler Richtung, weswegen in den 7 bis 14 die Darstellung verglichen mit der Darstellung der 4 bis 6 um 90° gedreht ist. Die Montage erfolgt bezogen auf die Blattausrichtung von oben nach unten. Für die Montage kann ein nicht dargestellter Montagetisch verwendet werden, der Öffnungen aufweist, in die Teile der zu montierenden Strukturen hineinragen.
Gemäß der 7 wird zunächst die vordere Unterstützungsstruktur 4 bereitgestellt. Diese umfasst die in Bezug auf die 5 erläuterten Bestandteile. Dabei sind Teile 411 des hinteren Lagers 41 und Teile 421 des vorderen Lagers 42 Teil der vorderen Unterstützungsstruktur 4.
Als nächstes wird gemäß der 8 das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 100 in vertikaler Richtung von oben abgesenkt. Dabei werden das vordere Lager 42 und das hintere Lager 41 vervollständigt. Das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 100 wird dadurch in der vorderen Unterstützungsstruktur 4, nämlich dem kegelförmig ausgebildeten Unterstützungsgehäuse 40 gelagert. Zusätzlich erfolgt bei diesem Montageschritt eine mechanische Verbindung zwischen der Hohlradanbindung 45 und einem mit dem Hohlrad 38 verbundenen Gestänge. Die Verbindung erfolgt beispielsweise über einen Bolzen.
Anschließend wird gemäß der 9 das hintere Unterstützungsgehäuse 71 montiert, wozu die beiden Wandungen 72, 73 mit dem Lager vertikal von oben nach unten abgesenkt und montiert werden. Mit der Montage des hinteren Unterstützungsgehäuses 71 entsteht ein Innenraum bzw. Getrieberaums 7 des Getriebemoduls 300, der allerdings noch weitergehend abzudichten ist. Innerhalb des Getrieberaums 7 liegt eine Öl/Luft-Atmosphäre vor.
Anschließend kann die Installation einer Ölzuführeinrichtung erfolgen (nicht dargestellt), die dazu dient, Öl für das Planetengetriebe 30 bereitzustellen. Eine solche Ölzuführeinrichtung kann Lager und Dichtungen umfassen. Zum jetzigen oder einem anderen Zeitpunkt kann vorgesehen sein, dass Ölleitungen installiert werden. Diese sind in den Figuren nicht gesondert dargestellt.
Anschließend erfolgt gemäß der 10 eine Montage des hinteren Lager- und Dichtungsgehäuses 75. Dieses umfasst Wandungen 751, ein Lagergehäuse 752 und Bestandteile 431 des Sonnenwellenlagers 43, vergleiche 5.
Im nächsten Schritt erfolgt gemäß der 11 eine Montage der Sonnenwelle 26. Dabei bildet die Sonnenwelle 26 eine Keilwellenverbindung zum Sonnenrad 28 aus. Wie bereits ausgeführt, stellt die Sonnenwelle 26 den axial vorderen Teil einer geteilt ausgebildeten Turbinenwelle dar, die die Niederdruckturbine mit dem Planetengetriebe gekoppelt. Die Sonnenwelle 26 umfasst einen Wellenabschnitt 26a, dessen axial vorderes Ende über das Lager 43 am hinteren Lager- und Dichtungsgehäuse 75 lagert.
In der 11 ist zu erkennen, dass im Montagezustand der 11 noch einen Spalt 49 zwischen dem Lager- und Dichtungsgehäuse 75 und dem benachbarten Wellenabschnitt 26a der Sonnenwelle 26 besteht. Über diesen Spalt 49 könnte Öl/Luft-Gemisch aus dem Getrieberaums 7 austreten.
Dementsprechend ist gemäß der 12 als weiterer Montageschritt vorgesehen, eine hintere Dichtung 101 in dem Spalt 49 anzuordnen und dadurch das Getriebegehäuse 7 im axial hinteren Bereich gegenüber der Umgebung abzudichten. Bei der Dichtung 101 handelt es sich beispielsweise um eine Labyrinthdichtung oder eine Karbondichtung. Dabei kann vorgesehen sein, dass vor Installation der Dichtung 101 die bisher installierten Teile des Getriebemoduls 300 um 180° gedreht werden.
Ein weiterer Verfahrensschritt ist in der 13 dargestellt. Danach wird das variable Eintrittsleitrad VIGV 81 montiert, das einen in seinem Staffelungswinkel einstellbaren Leitschaufelkranz umfasst. Das Eintrittsleitrad 81 wird dabei in dem Gehäuseabschnitt 83 der vorderen Unterstützungsstruktur 4 montiert, der hinter dem ESS 80 das Außengehäuse des Primärstromkanals durch das Kerntriebwerk bildet. Im radial inneren Bereich des Primärstromkanals wird eine Nabe 811 angeordnet.
Gemäß 14 wird das axial vordere Ende des Getriebemoduls 300 durch die vordere Dichtung 102 abgedichtet. Dadurch wird verhindert, dass axial vorne ein Öl/Luft-Gemisch aus dem Getrieberaum 7 austreten kann. Die Dichtung 102 dichtet insbesondere das Lager 42 zwischen dem vorderen Unterstützungsgehäuse 40 und der Fanwelle 5 ab.
Der Getrieberaums 7, in dem das Planetengetriebe 30 angeordnet ist, ist nun bis auf eine radial innere Öffnung 48 durch die Komponenten 40, 80, 72, 75, 101, 26, 5, 102 geschlossen.
Abschließend wird eine Schubwelle 54 montiert, die mit der Fanwelle 5 gekoppelt ist. Damit ist der fertig montierte Zustand der 6 erreicht, auf die nun wieder Bezug genommen wird. Die Schubwelle 53 verläuft gemäß der 6 radial innerhalb der Sonnenwelle 26. Es handelt sich um eine Welle, die dazu ausgebildet ist, axiale Kräfte aufzunehmen (sogenannter „thrust shaft“). Die Schubwelle 54 schließt den Getrieberaums 7 radial innen ab, so dass nunmehr ein geschlossener Getrieberaum 7 vorliegt. Die Schubwelle 54 ist kein Bestandteil des Getriebemoduls 300. Bei einer Demontage wird zunächst die Schubwelle 54 demontiert. Anschließend kann das Getriebemodul von dem Verdichter 90 gelöst und insgesamt als Modul entnommen werden.
Eine Ausführungsvariante kann vorsehen, dass die Sonnenwelle 26 nach ihrer Montage zunächst einige Millimeter axial nach vorne verschoben und in dieser Stellung axial fixiert wird, beispielsweise um Dichtungsringe (nicht dargestellt) für die Keilwellenverbindung zwischen Sonnenwelle 26 und Sonnenrad 28 zu installieren. Die Sonnenwelle 26 wird vor Montage der Schubwelle 53 in ihrer Endposition fixiert.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Modul 300 als vormontierte Baugruppe im Triebwerk montiert wird. Gemäß der 6 ragt dabei nur das axial hintere Ende der Sonnenwelle 26 unter die Verdichterscheiben 95 des Verdichters 90. Das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse 75 sowie die hintere Dichtung 101 sind axial vor der axial vordersten Verdichterscheibe 95 angeordnet.
Allgemein gilt, dass statische Verbindungen zwischen den genannten Komponenten beispielsweise über Bolzen, Stifte, Flanschverbindungen und/oder Schraubverbindungen realisiert werden.
Die beschriebene Montagereihenfolge kann zahlreiche Variationen erfahren. Beispielsweise kann das variable Eintrittsleitrad 81 jederzeit nach Installation des hinteren Unterstützungsgehäuses 71 montiert werden. Eine weitere Variante sieht vor, dass das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse 75 zusammen mit den Wandungen 72, 73 zu einem erweiterten hinteren kegelförmigen Unterstützungsgehäuse vormontiert wird. Eine Ölzuführeinrichtung ist für diesen Fall beispielsweise am Planetengetriebe 30 oder einem solchen erweiterten Unterstützungsgehäuse vormontiert.
Eine weitere Variation sieht vor, dass die vordere Unterstützungsstruktur in zwei Baugruppen aufgeteilt ist, eine erste Baugruppe, die das vordere Unterstützungsgehäuse 40, das vordere Lager 42 und das hintere Lager 41 umfasst, und eine zweite Baugruppe, die die statische Hohlradanbindung 45, das ESS 80 und die mit diesem verbunden Teile 82, 83 enthält. Für diesen Fall kann vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 100 in einem ersten Montageschritt an einer solchen zweiten Baugruppe montiert wird. Anschließend erfolgt wie beschrieben die Montage des hinteren Unterstützungsgehäuses 71, des variablen Eintrittsleitrads 81 und der Fanwelle 26. Die genannte erste Baugruppe wird erst abschließend nach Montage der Fanwelle 26 montiert wird, wobei hierzu vorgesehen sein kann, dass vorher die bisher montierten Baugruppen um 180° gedreht werden.
Eine Untervariante hierzu sieht vor, dass die erste und zweite Baugruppe, die das vordere Unterstützungsgehäuse bilden, in einem ersten Montageschritt miteinander verbunden werden.
Eine weitere Untervariante hierzu sieht vor, dass die erste Baugruppe (bestehend aus vordere Unterstützungsgehäuse 40, vorderen Lager 42 und hinteren Lager 41) montiert wird, nachdem das Planetengetriebe/Fanwellenmodul 50 mit der zweiten Baugruppe verbunden worden ist.
Eine weitere Variation sieht vor, dass die statische Hohlradanbindung 45 als gesonderte Baugruppe ausgebildet ist, die in einem Verfahrensschritt mit dem Planetengetriebe und anschließend mit der vorderen Unterstützungsstruktur verbunden wird.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Insbesondere ist offensichtlich, dass das beschriebene Verfahren zahlreiche Variationen im Hinblick auf die Montagereihenfolge umfasst.
Des Weiteren können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Verfahren zur Montage eines Getriebemoduls (300) eines Gasturbinentriebwerks (10) für ein Luftfahrzeug, wobei das Gasturbinentriebwerk (10) aufweist: - einen Triebwerkskern (11), der eine Turbine (19), einen Verdichter (14, 90) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende, als Hohlwelle ausgebildete Turbinenwelle (26, 260) umfasst, - einen Fan (23), der stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst, - das Getriebemodul (300), wobei das Getriebemodul (300) aufweist: - ein Planetengetriebe (30), das eingangsseitig mit der Turbinenwelle (26) gekoppelt und abtriebsseitig einen Antrieb für den Fan (23) zum Antreiben des Fans (23) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Turbinenwelle (26) abgibt, wobei das Planetengetriebe (30) einen abtriebsseitigen Drehmomentträger (50) umfasst; - eine Fanwelle (5) zum Antreiben des Fans (23), wobei die Fanwelle (5) direkt oder über eine weitere Welle (52) mit dem abtriebsseitigen Drehmomentträger (50) des Planetengetriebes (30) gekoppelt ist, - eine vordere Unterstützungsstruktur (4), die statisch angeordnet ist und die das Getriebemodul (300) zur axial vorderen Seite begrenzt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100), das das Planetengetriebe (30) und die Fanwelle (5) umfasst, und - Lagern des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) in der vorderen Unterstützungsstruktur (4) und/oder Verbinden des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) mit der vorderen Unterstützungsstruktur (4), - wobei die vordere Unterstützungsstruktur (4) vertikal angeordnet und das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) von oben nach unten in die vordere Unterstützungsstruktur (4) eingeführt wird, - und wobei die vordere Unterstützungsstruktur (4) des Weiteren eine statische Hohlradanbindung (45) umfasst, die der Lagerung eines Hohlrads (38) des Planetengetriebes (30) dient, wobei das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) mit der Hohlradanbindung (45) verbunden wird, wenn das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) in der vorderen Unterstützungsstruktur (4) montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Unterstützungsstruktur (4) ein vorderes Unterstützungsgehäuse (40) umfasst, wobei das Planetengetriebe/Fanwellenmodul (100) über ein hinteres Lager (41), das eine mit der Fanwelle (5) gekoppelte Trägerwelle (52) lagert, und über ein vorderes Lager (42), das die Fanwelle (5) lagert, in dem vorderen Unterstützungsgehäuse (40) gelagert wird, und wobei das vordere Unterstützungsgehäuse (40) das hintere Lager (41) und das vordere Lager (42) trägt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemodul (300) des Weiteren ein hinteres Unterstützungsgehäuse (71) aufweist, das das Getriebemodul (300) im axial hinteren Bereich gegenüber der Umgebung abgrenzt, wobei das hintere Unterstützungsgehäuse (71) nach Lagerung des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren eine Ölzuführeinrichtung für das Planetengetriebe (30) montiert wird, wobei die Ölzuführeinrichtung am hinteren Unterstützungsgehäuse (71) gelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass des Weiteren ein hinteres Lager- und Dichtungsgehäuse (75) montiert wird, wobei das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse (75) mit dem hinteren Unterstützungsgehäuse (71) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, soweit rückbezogen auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Lager- und Dichtungsgehäuse (75) mit dem hinteren Unterstützungsgehäuse (71) nach Montage der Ölzuführeinrichtung verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemodul (300) des Weiteren eine Sonnenwelle (26) umfasst, die ein Sonnenrad (28) des Planetengetriebes (30) antreibt, wobei die Sonnenwelle (26) nach Montage des Planetengetriebe/Fanwellenmoduls (100) in der vorderen Unterstützungsstruktur (4) in der dabei entstandenen Struktur montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (26) ebenfalls vertikal angeordnet und von oben nach unten in die bisher montierte Struktur (4, 100, 71, 75) eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, soweit rückbezogen auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenwelle (26) in einem Sonnenwellenlager (43) am hinteren Lager- und Dichtungsgehäuse (75) gelagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Montage der Sonnenwelle (26) eine axial hintere Dichtung (101) montiert wird, die den Getrieberaum (7) gegenüber der Umgebung abgedichtet.
Verfahren nach Anspruch 10, soweit rückbezogen auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Montage der Sonnenwelle (26) ein axial hinterer Spalt (49) zwischen dem hinteren Lager- und Dichtungsgehäuse (75) und der Sonnenwelle (26a) durch die axial hintere Dichtung (101) abgedichtet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemodul (300) des Weiteren eine axial vordere Dichtung (102) umfasst, die den Getrieberaum (7) im Bereich des Lagers (42) zwischen dem vorderen Unterstützungsgehäuse (40) und der Fanwelle (5) abgedichtet, wobei die axial vordere Dichtung (102) nach Montage der Sonnenwelle (26) montiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bisher montierte Struktur (4, 100, 71, 75, 26) um 180° gedreht wird, bevor die axial vordere Dichtung (102) montiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemodul (300) des Weiteren ein variables Eintrittsleitrad (81) aufweist, wobei das variable Eintrittsleitrad (81) mit der vorderen Unterstützungsstruktur (4) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordere Unterstützungsstruktur (4) ein Leitrad (80) in den Primärstromkanal des Gasturbinentriebwerks (10) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Getriebemodul (300) eine Schubwelle (54) montiert wird, wobei die Schubwelle (54) nicht Bestandteil des Getriebemoduls (300) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemodul (300) einen Getrieberaum (7) ausbildet, in dem eine Öl/Luft-Atmosphäre vorliegt, wobei der Getrieberaum (7) gegenüber der Umgebung des Getriebemoduls (300) abgedichtet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, soweit rückbezogen auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (30) umfasst: - ein Sonnenrad (28), das um eine Drehachse (9) des Planetengetriebes (30) rotiert, - eine Mehrzahl von Planetenrädern (32), die von dem Sonnenrad (28) angetrieben werden, - ein Hohlrad (38), mit dem die Mehrzahl von Planetenrädern (32) in Eingriff steht, - eine Mehrzahl von Planetenstiften (6), wobei jeweils ein Planetenstift (6) in einem Planetenrad (32) angeordnet ist, - eine axial vordere Trägerplatte (341) und eine axial hintere Trägerplatte (342), wobei die Planetenstifte (6) in Öffnungen (345) der axial vorderen Trägerplatte (341) und der axial hinteren Trägerplatte (342) angeordnet und mit den Trägerplatten (341, 342) verbunden sind, und wobei die axial vordere Trägerplatte (341) mit dem abtriebsseitigen Drehmomentträger (50) gekoppelt ist, wobei das Verfahren des Weiteren vorsieht, dass die Sonnenwelle (26) in einem Zwischenschritt nach Kopplung mit dem Sonnenrad (28) axial nach vorne verschoben und in dieser verschobenen axialen Stellung fixiert wird.