DE102020122218A1

DE102020122218A1 - Verfahren und Steuergerät zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern von Planetenrädern im Betrieb eines Planetengetriebes

Info

Publication number: DE102020122218A1
Application number: DE102020122218.1A
Authority: DE
Inventors: Stephan UHKÖTTER; Jens KLOSTERMANN; Sebastian Nowoisky
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern (43) von Planetenrädern (32) im Betrieb eines Planetengetriebes (30) beschrieben. Die Planetenräder (32) sind an einem rotierenden Planetenträger (34) über die Gleitlager (43) drehbar gelagert. Getriebeöl (47) aus den Gleitlagern (43) wird separiert und in Richtung eines an den Planetenträger (34) angrenzenden Gehäusebereiches (50, 50A) überführt. Dort wird die Temperatur des Getriebeöls (47) gemessen. Während der Messung der Temperatur des Getriebeöls (47) wird ein Drehwinkel des Planetenträgers (34) überwacht. In Abhängigkeit des Drehwinkels des Planetenträgers (34) und der gemessenen Temperaturen des Getriebeöls (47) wird jedem Gleitlager (43) eine Lagertemperatur zugeordnet.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern von Planetenrädern im Betrieb eines Planetengetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes eines Gasturbinentriebwerkes. Des Weiteren betrifft die Offenbarung ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Aus der US 2013/0074629 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Schmierung eines Getriebes, insbesondere eines Planetengetriebes bekannt. Während des Verfahrens wird eine Temperatur eines Schmiermittels gemessen. Dabei wird die Temperatur des Schmiermittels in wenigstens zwei Bereichen des Planetengetriebes messtechnisch ermittelt. Der Bereich, in dem eine höhere Temperatur des Schmiermittels bestimmt wird, wird mit einer größeren Schmiermittelmenge beaufschlagt als der Bereich, in dem die Temperatur des Schmiermittels niedriger ist. Für die Temperaturmessung sind mehrere Temperatursensoren vorgesehen, die gehäuseseitig angeordnet sind. Über die Temperatursensoren können jeweils Schmiermitteltemperaturen im Bereich von Lagern eines Sonnenrades und eines Planetenträgers sowie im Bereich von gehäuseseitig festgelegten Hohlrädern des Planetengetriebes messtechnisch erfasst werden. Eine messtechnische Ermittlung der Temperatur des Schmiermittels im Bereich von Lagern zwischen drehenden Planetenrädern und dem ebenfalls drehbar ausgeführten Planetenträger erfolgt nicht.
Eine messtechnische Erfassung der Temperatur eines Schmiermittels mittels Temperatursensoren, die direkt im Bereich von Lagern von drehenden und auch mit einem Planetenträger umlaufenden Planetenrädern angeordnet sind, ist jedoch ohne eine entsprechende Telemetrie schwer realisierbar. Eine solche Telemetrie verursacht jedoch unerwünscht hohe Herstellkosten und ist zudem durch eine geringe Robustheit gegenüber thermischen Einflüssen gekennzeichnet.
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchem Lagertemperaturen von Gleitlagern von Planetenrädern im Betrieb eines Planetengetriebes auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise ermittelbar sind. Zusätzlich sollen ein Steuergerät, welches zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Aus verfahrenstechnischer Sicht erfolgt eine Lösung dieser Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Ein Steuergerät sowie ein Computerprogrammprodukt sind zudem Gegenstand der weiteren unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Es wird ein Verfahren zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern von Planetenrädern im Betrieb eines Planetengetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes eines Gasturbinentriebwerkes, vorgeschlagen. Die Planetenräder sind an einem rotierenden Planetenträger über die Gleitlager drehbar gelagert. Getriebeöl, dass aus den Gleitlagern austritt, wird separiert und in Richtung eines an den Planetenträger angrenzenden Gehäusebereiches geführt. Dort wird die Temperatur des Getriebeöls ermittelt. Während der Ermittlung der Temperatur des Getriebeöls wird ein Drehwinkel des Planetenträgers überwacht. In Abhängigkeit des Drehwinkels des Planetenträgers und der ermittelten Temperaturen des Getriebeöls wird jedem Gleitlager eine Lagertemperatur zugeordnet.
Mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Bestimmung von Lagertemperaturen von Gleitlagern von Planetenrädern mit geringem konstruktiven Aufwand und auf kostengünstige Art und Weise ermittelbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass für die Bestimmung der Lagertemperaturen der Gleitlager der Planetenräder keine Telemetrie benötigt wird. Die Temperaturermittlung bzw. die messtechnische Bestimmung der Temperatur des Getriebeöls, dass aus den Gleitlagern austritt, wird im Bereich eines statischen Bauteiles durchgeführt.
Zusätzlich ist die Temperaturmessung bzw. die Ermittlung der Lagertemperaturen der Gleitlager mit einer gewünscht hohen Genauigkeit durchführbar, da das aus den Gleitlagern austretende Getriebeöl bis zur Bestimmung der Temperatur im Gehäusebereich separiert wird. Das bedeutet, dass eine Vermischung zwischen dem Getriebeöl aus den Gleitlagern und Getriebeöl, welches beispielsweise von Verzahnungen zwischen miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern des Planetengetriebes abgeschleudert wird, solange vermieden ist, bis die Temperatur des Getriebeöls aus den Gleitlagern bestimmt wurde.
Der vorgeschlagenen Vorgehensweise liegt die Kenntnis zugrunde, dass die gemessene Temperatur des gesamten Getriebeöls, das von allen Gleitlagern eines Planetengetriebes als Rücklauföl zurückströmt, ein pulsierendes Signal mit der Frequenz der 5-fachen Bläser-Ordnung ist, wenn das Planetengetriebe beispielsweise fünf Planetenräder umfasst. Die Temperatur des Getriebeöls schwankt in einer sehr engen Bandbreite. Ein fehlerhaftes Gleitlager wird einen sehr geringen Anstieg der Temperatur des Getriebeöls bewirken, das insgesamt aus allen Gleitlagern austritt. Zusätzlich kann ein solcher Anstieg der Temperatur des Getriebeöls durch die weitaus größere Menge des Getriebeöls, das aus den anderen intakten Gleitlagern der weiteren Planetenrädern austritt und eine geringere Rücklauftemperatur aufweist, maskiert werden.
Die Hinzunahme der Winkelinformation des Planetenträgers, der beispielsweise mit einer Bläserwelle eines Bläsers eines Gasturbinentriebwerkes in Wirkverbindung stehen kann, verbessert das Identifizieren eines defekten Gleitlagers. Dann ist für jedes einzelne Gleitlager eine winkelabhängige Zuordnung der jeweils gemessenen Temperatur des Getriebeöls mit geringem Aufwand möglich. Mit anderen Worten kann die Temperatur des Getriebeöls aus den Gleitlagern mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise rotorsynchron erfasst werden, wodurch eine individuelle Bestimmung der Lagertemperaturen für die Gleitlager der Planetenräder möglich ist. Die Rücklauf-Temperatur wird somit für jedes Gleitlager separiert bestimmt, anstatt eine einzige Rücklauftemperatur für alle Gleitlager der Planetenräder zu ermitteln. Im Fehlerfall kann die jeweils einem Planetenrad eindeutig zugeordnete und erhöhte Lagertemperatur für die Fehlerdetektion ausgewertet werden.
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung wird jeweils innerhalb eines definierten Drehwinkelbereiches des Planetenträgers im Gehäusebereich ein Messdatensatz ermittelt, der mehrere Temperaturwerte des Getriebeöls aus einem Gleitlager umfasst, ermittelt und jeweils einem Gleitlager zugeordnet. Der jeweils einem Gleitlager eines Planetenrades zugeordnete definierte Drehwinkelbereich entspricht dem Quotienten aus einer vollen Umdrehung des Planetenträgers, also 360°, und der Anzahl der Planetenräder. Somit ergibt sich beispielsweise bei einem Planetengetriebe mit fünf Planetenrädern für den definierten Drehwinkelbereich ein Wert von 72°.
Die messtechnische Ermittlung der Temperatur des Getriebeöls, welches aus den Gleitlagern stammt, kann beispielsweise über einen Temperatursensor ermittelt werden, der im Umfangsbereich des Planetengetriebes angeordnet ist. Der Verlauf des Signals des Temperatursensors weist aufgrund der rauen Umgebung hochfrequente Weiße Rauschanteile auf, die das Messergebnis in unerwünschtem Umfang beeinflussen. Um die hochfrequenten Rauschanteile des Verlaufs des Signals des Temperatursensors zu minimieren kann der Verlauf des Signals der Temperatur des Getriebeöls, das für jedes Gleitlager über dem zugeordneten Drehwinkelbereich des Planetenträgers ermittelt wird, mittels einer Rauschunterdrückung geglättet werden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, aus dem geglätteten Verlauf des Signals der Temperatur des Getriebeöls einen skalaren Temperaturwert des Getriebeöls, das jeweils aus einem Gleitlager austritt, zu bestimmen. Damit kann der Tatsache auf einfache Art und Weise Rechnung getragen werden, dass der Verlauf des Signals der Temperatur des Getriebeöls über dem definierten Drehwinkelbereich des Planetenträgers eines jeden Gleitlagers schwankt.
Dies resultiert wiederum aus der Tatsache, dass die messtechnisch ermittelte Temperatur des Getriebeöls bzw. der Verlauf der Temperatur einen Peak bzw. einen Maximalwert aufweist. Diesen Maximalwert weist der Verlauf der Temperatur des Getriebeöls dann auf, wenn das vom Gleitlager in Richtung des definierten Gehäusebereiches geführte Getriebeöl direkt auf die Stelle des Gehäuses trifft, an der der Temperatursensor vorgesehen ist.
Die Temperatur des Getriebeöls wird über mehrere Umdrehungen aufgenommen und mittels der Phaseninformation des Bläsers rotorsynchron verarbeitet und den jeweiligen Planetenlagern zugeordnet. Dabei können bespielsweise 5. Planetenlager vorgesehen seinDiese statistisch relevante Datenbasis wird benutzt, um verschiedene Merkmale zu berechnen.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass aus den jeweils im definierten Drehwinkelbereich ermittelten verschiedenen Temperaturwerten des Getriebeöls eines jeden Gleitlagers das quadratische Mittel bzw. der quadratische Mittelwert gebildet und anschließend für die Ermittlung der Gleitlagertemperatur verwendet wird.
Des Weiteren ist der skalare Temperaturwert auch mit Hilfe der Kurtosis bestimmbar, die eine Maßzahl für die Steilheit bzw. Spitzigkeit einer vorzugsweise eingipfligen Häufigkeitsverteilung darstellt.
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Wölbung einer Gaußschen Verteilung der innerhalb des jeweiligen definierten Drehwinkelbereiches des Planetenträgers ermittelten Temperaturwerte bei der Ermittlung des skalaren Temperaturwertes für ein Gleitlager zu berücksichtigen. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Gaußsche Verteilung eher flach und breit oder eher spitz und schmal ist.
Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass der minimale Temperaturwert oder der maximale Temperaturwert des Getriebeöls aus einem Gleitlager, der jeweils für einen definierten Drehwinkelbereich des Planetenträgers bestimmt wird, als skalarer Temperaturwert verwendet wird. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, das Verhältnis zwischen dem minimalen Temperaturwert und dem maximalen Temperaturwert oder ein Verhältnis zwischen dem maximalen Temperaturwert und dem Mittelwert, d. h. den sogenannten Crest-Faktor, als skalaren Temperaturwert zu verwenden.
Zusätzlich kann zwischen den skalaren Temperaturwerten des Getriebeöls und Temperaturwerten des Getriebeöls, die anhand eines Modells ermittelt werden, das das Betriebsverhalten der Gleitlager abbildet, jeweils ein Abgleich durchgeführt werden. In Abhängigkeit dieser Abgleiche können dann jeweils die Lagertemperaturen der Gleitlager bestimmt werden. Hierfür kann beispielsweise eine Kennlinie oder eine Wertetabelle bzw. eine Zuordnungstabelle vorgesehen werden, um aufwändige Berechnungen sowie einen hohen Speicherbedarf zu vermeiden. Damit ist auf einfache Art und Weise eine Abschätzung der Lagertemperatur für jedes Gleitlager in Abhängigkeit der ermittelten Temperaturen des Getriebeöls möglich.
Um die Abschätzung differenzierter durchführen zu können, kann es auch vorgesehen sein, dass die Abschätzung unter Berücksichtigung eines aktuellen Betriebszustandes des Planetengetriebes durchgeführt wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Abschätzung in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahlen der Planetenräder sowie des jeweils am Planetengetriebe anliegenden Drehmomentes durchzuführen.
Die jeweils ermittelten Messdaten der Temperaturwerte des Getriebeöls aus den Gleitlagern werden bei der weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung gespeichert und in Abhängigkeit definierter Operationsbedingungen geclustert. Ist das Planetengetriebe Teil eines Gasturbinentriebwertes eines Luftfahrzeuges, können definierte Operationsbedingungen beispielsweise Betriebszustandsparametern des Gasturbinentriebwerkes während eines Startvorganges des Luftfahrzeuges, eines Ansteigens der Höhe des Luftfahrzeuges, eines normalen Reiseflugbetriebs eines Luftfahrzeuges, eines Landeanfluges des Luftflugzeuges sowie während eines sogenannten Taxi-Betriebes, während dem das Luftfahrzeug am Boden bewegt wird, entsprechen.
Auf Basis der jeweils aktuell messtechnisch erfassten Temperaturwerte des Getriebeöls kann eine sogenannte Residual-Analyse durchgeführt werden. Während einer solchen Residual-Analyse erfolgt ein Vergleich mit zuvor messtechnisch ermittelten Temperaturwerten, die als Referenzwerte herangezogen werden. Zusätzlich können während der Residual-Analyse unterschiedliche Betriebsbedingungen des Planetengetriebes und auch unterschiedliche Temperaturniveaus des Getriebeöls kompensiert werden. Über die Residual-Analyse ist ein sogenanntes Trending darstellbar, um kleine Temperaturschwankungen im Bereich der jeweils am Temperatursensor vorbeilaufenden Planetenräder bzw. Gleitlager und gegebenenfalls Abweichungen im Fehlerfall identifizieren zu können. Dazu werden unterschiedliche Betriebsbedingungen und Temperaturniveaus kompensiert, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
Hierfür besteht die Möglichkeit, die Residual-Analyse in Abhängigkeit einer Zuführ-Temperatur des Getriebeöls, das den Gleitlagern zugeführt wird, und der Rücklauf-Temperatur des Getriebeöls, das von dem Planetengetriebe abgeleitet wird, durchzuführen. Im Anschluss daran können anhand der über die Residual-Analyse ermittelten Temperaturwerte jeweils Betriebszustände der Gleitlager ermittelt werden.
In Abhängigkeit der Betriebszustände der Gleitlager kann wiederum auf einfache Art und Weise ein aktueller Zustand des Planetengetriebes ermittelt werden, anhand dem eine Entscheidung dahingehend getroffen werden kann, ob das Planetengetriebe beispielsweise gewartet werden muss.
Zusätzlich ist mittels der Residual-Analyse ein Referenzvergleich mit Messdaten aus den ersten Betriebsstunden, d. h. einer sogenannten Einlaufphase des Planetengetriebes möglich. Es können über die Residual-Analyse auch weitere unterschiedliche Einflussgrößen berücksichtigt werden. Dadurch ist beispielsweise das Rauschen des Temperatursignals minimierbar und ein Driften der Temperatur indizierbar.
Historische Gleitlagertemperaturen können als Merkmale verwendet werden, wobei gemessene historische Rücklauf-Öltemperaturen und ausgeprägte Merkmale zur Indizierung eines Lagerschadens herangezogen werden können. Um einen Trend bzw. eine Entwicklung des Betriebszustandes des Planetengetriebes über dessen gesamten Lebenszyklus abbilden zu können, können auch weitere Analysen, wie eine Gradienten-Analyse oder dergleichen, durchgeführt werden.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, einen abstrahierten Datensatz zum Operation Center zu übermitteln, um eine weitere Datenanalytik zu ermöglichen und Aussagen über den Zustand der Gleitlager treffen zu können.
Die folgende Offenbarung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches zur Durchführung des vorstehend näher beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Das Steuergerät umfasst beispielsweise Mittel, die der Durchführung des Verfahrens dienen. Bei diesen Mitteln kann es sich um hardwareseitige Mittel und um softwareseitige Mittel handeln. Die hardwareseitigen Mittel des Steuergeräts bzw. der Steuerungseinrichtung sind beispielsweise Datenschnittstellen, um mit den an der Durchführung des Verfahrens beteiligten Messeinrichtungen Daten auszutauschen. Weitere hardwareseitige Mittel sind beispielsweise ein Speicher zur Datenspeicherung und ein Prozessor zur Datenverarbeitung. Softwareseitige Mittel können unter anderem Programmbausteine zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens sein.
Das Steuergerät ist zur Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung mit zumindest einer Empfangsschnittstelle ausführbar, die ausgebildet ist, Signale von Signalgebern zu empfangen. Die Signalgeber können beispielsweise als Sensoren ausgebildet sein, die Messgrößen erfassen und an das Steuergerät übermitteln. Der Signalgeber kann auch als Signalfühler bezeichnet werden. So kann die Empfangsschnittstelle von einem Signalgeber ein Messsignal empfangen. Das bedeutet, dass das Steuergerät beispielsweise Signale von einem Drehwinkelsensor und von wenigstens einem Temperatursensor empfängt.
Das Steuergerät kann zudem eine Datenverarbeitungseinheit aufweisen, um die empfangenen Eingangssignale bzw. die Informationen der empfangenen Eingangssignale auszuwerten und/oder zu verarbeiten.
Auch kann das Steuergerät mit einer Sendeschnittstelle ausgeführt sein, die ausgebildet ist, Steuersignale an Stellglieder auszugeben. Unter einem Stellglied sind Aktoren zu verstehen, die die Befehle des Steuergeräts umsetzen. Die Aktoren können beispielsweise Mittel sein, mittels welchen Getriebeöl einem Planetengetriebe zugeführt wird oder von diesem abgeleitet wird.
Wird durch das Steuergerät erkannt oder anhand von empfangenen Eingangssignalen ermittelt, dass die Temperatur des Getriebeöls im Gehäusebereich zu ermitteln ist, überwacht das Steuergerät während der Bestimmung der Temperatur des Getriebeöls einen Drehwinkel des Planetenträgers. Des Weiteren ordnet das Steuergerät der ermittelten Temperaturen des Getriebeöls in Abhängigkeit des Drehwinkels des Planetenträgers jedem Gleitlager eine Lagertemperatur zu.
Die zuvor genannten Signale sind nur als beispielhaft anzusehen und sollen den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken. Die erfassten Eingangssignale und die ausgegebenen Steuersignale können über eine Signalleitung übertragen werden. Die Steuerungseinrichtung bzw. das Steuergerät kann beispielsweise ein zentrales elektronisches Steuergerät eines Gasturbinentriebwerkes sein.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Offenbarung lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor einer Steuerungseinrichtung läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten Verfahrensschritte durchzuführen. In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist.
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). Dabei kann das Getriebe als ein vorliegend näher beschriebenes Planetengetriebe ausgeführt sein.
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 einer 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.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der nebengeordneten Ansprüche oder hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen und unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele des Gegenstandes gemäß der vorliegenden Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematisierte Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerkes;
2 eine vergrößerte Teillängsschnittansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine Alleindarstellung eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 eine Längsschnittansicht des Getriebes entlang einer in 3 näher gekennzeichneten Schnittlinie IV-IV;
5 eine vergrößerte Ansicht eines in 3 näher gekennzeichneten Bereiches V;
6 eine 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Getriebes des Gasturbinentriebwerkes gemäß 1;
7 ein Ablaufdiagramm einer Variante des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
8 eine 4 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Getriebes des Gasturbinentriebwerkes gemäß 1.

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 Umlaufrädergetriebe 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 Umlaufrädergetriebe 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 Umlaufrädergetriebe-Anordnung 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 und in 3 näher gezeigten Planetenbolzen 44 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 Planetenbolzen 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 40A 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 Umlaufrädergetriebe 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 Umlaufrädergetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Umlaufrädergetriebe 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 Umlaufrädergetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Umlaufrädergetriebe 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, 40A 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 X (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung Y (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung U (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung X, Y und U verlaufen senkrecht zueinander.
Im Bereich des Gestänges 36 ist ein Drehwinkelsensor 40 vorgesehen, mittels dem ein Drehwinkel des Bläsers 23 sowie des damit wirkverbundenen Planetenträgers 34 bestimmbar ist. Die Stützstruktur 24 weist ein sich radial nach innen erstreckendes Gehäuse 41 auf, das das Planetengetriebe 30 bereichsweise radial umfasst. Am Gehäuse 41 ist ein Temperatursensor 42 vorgesehen.
Der Planetenträger 34 umfasst in der in 4 gezeigten Art und Weise zwei in axialer Richtung X zueinander beabstandete Wangen 34A, 34B, die fest miteinander verbunden sind. Die Planetenräder 32 sind in axialer Richtung X zwischen den beiden Wangen 34A und 34B des Planetenträgers 34 über Gleitlager 43 jeweils drehbar auf den Planetenbolzen 44 gelagert. Die Planetenbolzen 44 sind fest mit den Wangen 34A, 34B des Planetenträgers 34 verbunden.
In axialer Richtung X ist zwischen den Planetenrädern 32 und der Wange 34A des Planetenträgers 34 jeweils eine in 5 näher gezeigte Führungseinheit 45 vorgesehen. Die Führungseinheiten 45 sind mit der Wange 34A verbunden und dazu eingerichtet, eine Vermischung zwischen Getriebeöl-Volumenströmen 47, die aus den Gleitlagern 43 austreten, und weiterem Getriebeöl 48, das unter anderem von Zahneingriffen 49 zwischen den Planetenrädern 32 und dem Sonnenrad 28 abfließt, zumindest einzuschränken, bevor das Getriebeöl 47 aus den Gleitlagern 43 mit einem definierten Bereich 50 des Gehäuses 41 in Kontakt kommt.
Die Führungseinheiten 45 umfassen jeweils einen Abschirmbereich 45A, die jeweils einem Gleitlager 43 zugeordnet sind und die jeweils Austrittsbereiche 51 des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 vom Getriebeöl 48 abschirmen, das von den Zahneingriffen 49 zwischen den Planetenrädern 32 und dem Sonnenrad 28 abfließt.
Zudem sind die Führungseinheiten 45 auch dazu eingerichtet, das Getriebeöl 47 von den Gleitlagern 43 zum definierten Bereich 50 des Gehäuses 41 zu leiten. Im definierten Bereich 50 des Gehäuses 41 ist der Temperatursensor 42 angeordnet, mittels dem die Temperatur des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 ermittelbar ist.
Die Abschirmbereiche 45A weisen jeweils einen Abschirmsteg 45A1 auf, die sich jeweils in axialer Richtung X von der Wangen 34A in Richtung der Austrittsbereiche 51 des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 erstrecken. Zusätzlich sind die Abschirmstege 45A1 jeweils radial zwischen den Austrittsbereichen 51 des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 und den Verzahnungsbereichen bzw. den Zahneingriffen 49 zwischen den Planetenrädern 32 und dem Sonnenrad 28 verlaufend angeordnet.
Dabei wird das Getriebeöl 47, das aus den Gleitlagern 43 austritt, von den Führungseinheiten 45 aufgenommen und in radialer Richtung Y nach außen zum definierten Gehäusebereich 50 geleitet. Hierfür weisen die Führungseinheiten 45 jeweils einen radial nach außen führenden Kanal 52 auf. In 4 und 5 ist einer der Kanäle 52 näher dargestellt. Die Kanäle 52 sind bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Wange 34A verlaufend vorgesehen. Die Kanäle 52 stehen jeweils mit Bereichen in Verbindung, die von den Abschirmstegen 45A1 radial nach innen begrenzt sind. Dabei wird das Getriebeöl 47 von den Austrittsbereichen 51 über die Abschirmstege 45A1 in die Kanäle 52 eingeleitet. Des Weiteren sind die Kanäle 52 der Führungseinheiten 45 jeweils endseitig mit einer Auslasseinheit 54, wie eine Düse oder dergleichen, ausgeführt. Über die Auslasseinheiten 54 ist das Getriebeöl 47 aus den Gleitlagern 43 jeweils mit definiertem Winkel α aus den Kanälen 52 in Richtung des definierten Gehäusebereiches 50 ausleitbar.
Das Getriebeöl 47 tritt mit einem axialen Impuls aus den Gleitlagern 43 aus. Dieser axiale Impuls wird dem Getriebeöl 47 jeweils im Inneren der Gleitlager 43 aufgeprägt. Der Impuls resultiert aus Verzahnungskräften, die an den Planetenrädern 32 angreifen und die jeweils für eine in Umfangsrichtung ungleichmäßige Höhe des Lagerspaltes der Gleitlager 43 verantwortlich sind. Diese ungleichmäßige Höhe des Lagerspaltes der Gleitlager 43 bewirkt das lokal begrenzte Ausleiten des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43. Mit anderen Worten wird das Getriebeöl 47 durch die in Umfangsrichtung der Gleitlager 43 variierende Lagerspalthöhe in den Austrittsbereichen 51 in axialer Richtung aus den Gleitlagern 43 ausgepresst. Durch den axialen Impuls strömt das Getriebeöl 47 an den Abschirmbereichen 45A1 entlang in die Kanäle 52 hinein. In den Kanälen 52 wird das Getriebeöl 47 von der angreifenden Fliehkraft radial nach außen geführt und tritt über die Auslasseinheiten 54 in Richtung des Gehäusebereiches 50 aus den Kanälen 52 aus. Dabei besteht die Möglichkeit, dass das Getriebeöl 47 bei entsprechender kinetischer Energie in Form eines Sprühstrahls in Richtung des definierten Gehäusebereiches 50 aus den Kanälen 52 ausgeleitet wird.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass anstatt der Kanäle 52 oder zusätzlich zu den Kanälen 52 Nuten in der Wange 34A vorgesehen sind, um das Getriebeöl von den Gleitlagern 43 zum definierten Gehäusebereich 50 zu führen. Zusätzlich können die Kanäle 52 und/oder die Nuten auch in der in 6 näher gezeigten Art und Weise jeweils an der Innenseite 60 der Wange 34A, die den Planetenrädern 32 zugewandt ist, angeformt sein.
Ein Strömungsquerschnitt der Kanäle 52 und/oder den Nuten nimmt mit zunehmendem Abstand entlang des Strömungsweges des Getriebeöls 47 in den Kanälen 52, 53 und/oder den Nuten ausgehend von den Austrittsbereichen 51 des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 in Richtung des definierten Bereiches 50 zumindest bereichsweise ab. Dadurch kann einem unerwünschten Rückgang der Strömungsgeschwindigkeit des Getriebeöls 47 in den Kanälen 52 und/oder in den Nuten entgegengewirkt werden.
Bei dem vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes 30 reduziert sich der Strömungsquerschnitt der Kanäle 52 stetig. Des Weiteren ist der Verlauf der Kanäle 52 jeweils gekrümmt ausgeführt, um das Getriebeöl 47 in den Kanälen 52 auf seinem Weg in Richtung der Auslasseinheiten 54 möglichst strömungsgünstig führen zu können.
Darüber hinaus ist für das Getriebeöl 48, das von den Verzahnungen 49 zwischen den Planetenrädern 32 und dem Sonnenrad 28 abfließt, radial innerhalb der Austrittsbereiche 51 des Getriebeöls 47 aus den Gleitlagern 43 eine nach innen offene Auffangrinne 58 vorgesehen. Über die Auffangrinne 58 wird eine Vermischung zwischen dem Getriebeöl 47 und dem Getriebeöl 48 auf konstruktiv einfache Art und Weise zusätzlich vermieden.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Variante eines Verfahrens zum Ermitteln der Lagertemperatur der Gleitlager 43 des Planetengetriebes 30. Während eines ersten Funktionsblockes F1 des Verfahrens wird zunächst über den Temperatursensor 42 die Temperatur des Getriebeöls 47 im definierten Gehäusebereich 50 messtechnisch ermittelt. In einem Funktionsblock F2 wird mittels des Drehwinkelsensors 40 der aktuelle Drehwinkel bzw. die Drehwinkelstellung des Planetenträgers 34 ermittelt.
Damit ist auf einfache Art und Weise mittels eines einzigen Temperatursensors 42 die Temperatur des Getriebeöls 47 bestimmbar, das jeweils aus einem der vier Gleitlager 43 austritt und aktuell den definierten Drehwinkelbereich des Planetenträgers 34 durchquert, in dem der Temperatursensor 42 angeordnet ist. Der Drehwinkelbereich weist bei dem vorliegend mit vier Planetenrädern 32 ausgebildeten Planetengetriebe 30 einen Winkelwert von 90° und bei fünf Planetenrädern beispielsweise einen Winkelwert von 72° auf. Diese rotorsynchrone Temperaturbestimmung, die durch das Mappen der zunächst zeitlich erfassten Temperaturmesswerte auf den Drehwinkel des Planetenträgers 34 möglich ist, wird in einem dritten Funktionsblock F3 des Verfahrens durchgeführt.
Während eines vierten Funktionsblockes F4 bzw. eines weiteren Verfahrensschrittes werden die im dritten Funktionsblock F3 ermittelten Signale bzw. Temperaturmesswerte aufgetrennt und vorverarbeitet. Dabei erfolgt die Auftrennung der Signale für jedes Gleitlager 43 des Planetengetriebes 30. Die über dem definierten Drehwinkelbereich des Planetenträgers 34 ermittelten Verläufe der Temperatur des Getriebeöls 47 werden mittels eines Hochpassfilters einer Rauschunterdrückung unterzogen und somit vorverarbeitet, um hochfrequente Rauschanteile des Signals zu minimieren. Die aufgetrennten und vorverarbeiteten Signale werden einem fünften Funktionsblock F5 als Eingangswerte zur Verfügung gestellt.
Zusätzlich werden während des fünften Funktionsblockes F5 Merkmale der Temperatursignale extrahiert, wobei hierfür aus den Temperatursignalen, die Datensätze mit mehreren Temperaturmesswerten umfassen, jeweils ein skalarer Temperaturwert bestimmt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der quadratische Mittelwert, die Kurtosis, die Wölbung, ein Crest-Faktor oder dergleichen aus den verschiedenen Temperaturmesswerten der Datensätze ermittelt werden.
Des Weiteren erfolgt im fünften Funktionsblock F5 ein Abgleich der zuvor ermittelten skalaren Temperaturwerte mit Temperaturwerten, die mittels einer modellhaften Abbildung des Betriebsverhaltens der Gleitlager 43 bestimmt werden. Die einfachste Form stellt dabei eine Kennlinie oder eine sogenannte Zuordnungstabelle (lookup-table) dar. In Abhängigkeit dieses Abgleichs werden die gemessenen Temperaturwerte des Getriebeöls aus den Gleitlagern 43 jeweils in geschätzte Werte der Lagertemperaturen der Gleitlager 43 umgewandelt.
Die so ermittelten Lagertemperaturen der Gleitlager 43 können beispielsweise im Cockpit eines Luftfahrzeuges, vorzugsweise in einem Untermenü einer elektronischen Anzeigeeinheit, einem Piloten zur Verfügung gestellt werden, um eine vereinfachte Form der Abschätzung der Lagertemperaturen der Gleitlager 43 zu ermöglichen. Die Anzeigeeinheit entspricht dem in 7 gezeigten Funktionsblock F13.
Zusätzlich werden die extrahierten Merkmale einem sechsten Funktionsblock F6 als Eingangswerte zur Verfügung gestellt, in dem die im fünften Funktionsblock F5 bestimmten aktuellen Temperaturwerte des Getriebeöls 47 gespeichert werden. Dabei werden die Temperaturwerte im sechsten Funktionsblock F6 in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen des Planetengetriebes 30 bzw. des Gasturbinentriebwerkes 10 geclustert bzw. zusammengefasst. Die Clusterung der Temperaturmesswerte kann beispielsweise unter anderem in Abhängigkeit der Drehzahl der Planetenräder 32 erfolgen, die in einem siebten Funktionsblock F7 ermittelt werden. Des Weiteren kann die Clusterung in Abhängigkeit des jeweils aktuell am Planetengetriebe 30 anliegenden Drehmoment durchgeführt werden, das einen Ausgangswert eines achten Funktionsblockes F8 darstellt. Zusätzlich kann die Clusterung der Temperaturmesswerte im sechsten Funktionsblock F6 auch in Abhängigkeit weiterer relevanter Messsignale erfolgen.
Die gespeicherten historischen Daten werden einem neunten Funktionsblock F9 als Eingangswerte zur Verfügung gestellt, innerhalb dem eine Residual-Analyse sowie eine Korrektur durchgeführt werden. Die Residual-Analyse ermöglicht ein Trending, um die kleinen Temperaturschwankungen der am Temperatursensor 42 jeweils vorbeilaufenden Planetenräder bzw. Gleitlager 43 und Abweichungen im Fehlerfall identifizieren zu können. Dazu werden unterschiedliche Betriebsbedingungen und Temperaturniveaus kompensiert, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
Die Residual-Analyse und Korrektur des neunten Funktionsblockes F9 können unter anderem in Abhängigkeit einer Temperatur des Getriebeöls erfolgen, mit dem das Planetengetriebe 30 zum Schmieren und Kühlen beaufschlagt wird. Diese sogenannte Zulauf-Temperatur des Getriebeöls wird dem neunten Funktionsblock F9 von einem zehnten Funktionsblock F10 als Eingangswert zugeführt. Zusätzlich wird auch die Rücklauf-Temperatur des Getriebeöls, das letztendlich vom Planetengetriebe 30 abfließt, dem neunten Funktionsblock F9 von einem elften Funktionsblock F11 als Eingangswert zur Verfügung gestellt. Ein sich an den neunten Funktionsblock F9 anschließender zwölfter Funktionsblock F12 liefert historische Gleitlagertemperaturen als Merkmale.
Die gespeicherten historischen Rücklauf-Temperaturen des Getriebeöls sowie die ausgeprägten Merkmale können zur Indizierung eines Lagerschadens eines Gleitlagers 43 verwendet werden. Zusätzlich ist ein Trend über den gesamten Lebenszyklus eines Planetengetriebes darstellbar, wobei hierfür zusätzlich weitere Analysen, wie eine Gradienten-Analyse oder dergleichen, durchgeführt werden können. Die historischen Gleitlagertemperaturen können vom zwölften Funktionsblock F12 als abstrahierte Daten F14 zu einem Operation Center übermittelt werden, um eine weitere Datenanalyse zu ermöglichen und Aussagen über den Zustand der Gleitlager tätigen zu können.
8 zeigt eine 4 entsprechenden Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes 30, die im Wesentlichen den gleichen konstruktiven Aufbau wie das Planetengetriebe 30 gemäß 4 aufweist. Aus diesem Grund wird bezüglich des grundlegenden konstruktiven Aufbaus des Planetengetriebes 30 gemäß 8 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Bei dem Planetengetriebe 30 gemäß 8 wird das Getriebeöl 47 eines jeden Gleitlagers 43 mit unterschiedlichem Austrittswinkel α, β, χ, δ aus den Auslasseinheiten 54 der Kanäle 52 in Richtung verschiedener definierter Bereiche 50A, 50B, 50C, 50D ausgeleitet, den jeweils ein eigener Temperatursensor bzw. eine eigenen Temperaturmesseinheit 42A, 42B, 42C, 42D zugeordnet ist. Damit ist die Lagertemperatur eines jeden Gleitlagers 43 ohne die zusätzliche Information des Drehwinkelsensors 40 über eine reine Temperaturmessung und eine zusätzliche Aufbereitung des Temperatursignals, beispielsweise in der zu 7 beschriebenen Art und Weise, bestimmbar.
Des Weiteren kann es auch vorgesehen sein, dass nur ein Teil der aus den Gleitlagern 43 austretenden Getriebeöls mit unterschiedlichen Austrittswinkeln aus den Auslasseinheiten 54 in Richtung unterschiedlicher definierter Bereiche des Gehäuses 41 geführt werden. Dann werden die Lagertemperaturen der Gleitlager 43, deren austretendes Getriebeöl 47 jeweils in Richtung desselben definierten Bereiches mit gleichem Austrittswinkel geführt wird, in der zu 7 beschriebenen Art und Weise jeweils separat bestimmt.
Die letztgenannte Ausführungsform des Planetengetriebes ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das Planetengetriebe 30 mit vielen Planetenrädern ausgeführt ist und der definierte Drehwinkelbereich in Umfangsrichtung U dann derart reduziert ist, dass die Lagertemperaturbestimmung mit nur einem Temperatursensor 42 und einem einzigen definierten Bereich 50 nicht mit der gewünschten Exaktheit möglich ist.
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
34A, 34B: Wangen
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Drehwinkelsensor
40A: Gestänge
41: Gehäuse
42, 42A bis 42D: Temperatursensor
43: Gleitlager
44: Planetenbolzen
45: Führungseinheit
45A: Abschirmbereich
45A1: Abschirmsteg
47: Getriebeölvolumenstrom, Getriebeöl
48: Getriebeöl
49: Zahneingriff, Verzahnungsbereich
50, 50A bis 50D: definierter Bereich
51: Austrittsbereich
52: Kanal
54: Auslasseinheit
58: Auffangrinne
60: Innenseite der Wange 34A
α, β, χ, δ: definierter Winkel
A: Kernluftstrom
B: Bypassluftstrom
F1 bis F14: Funktionsblock
X: axiale Richtung
Y: radiale Richtung
U: Umfangsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2013/0074629 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern (43) von Planetenrädern (32) im Betrieb eines Planetengetriebes (30), wobei die Planetenräder (32) an einem rotierenden Planetenträger (34) über die Gleitlager (43) drehbar gelagert sind, wobei Getriebeöl (47) aus den Gleitlagern (43) separiert und in Richtung eines an den Planetenträger (34) angrenzenden Gehäusebereiches (50) geführt wird und dort die Temperatur des Getriebeöls (47) ermittelt wird, wobei während der Ermittlung der Temperatur des Getriebeöls (47) ein Drehwinkel des Planetenträgers (34) überwacht wird, und wobei in Abhängigkeit des Drehwinkels des Planetenträgers (34) und der ermittelten Temperaturen des Getriebeöls (47) jedem Gleitlager (43) eine Lagertemperatur zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils innerhalb eines definierten Drehwinkelbereiches des Planetenträgers (34) im Gehäusebereich (50) ein Messdatensatz der Temperatur des Getriebeöls (47) ermittelt und jeweils einem Gleitlager (43) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Signals der Temperatur des Getriebeöls (47), das für jedes Gleitlager (43) über dem zugeordneten Drehwinkelbereich des Planetenträgers (34) ermittelt wird, mittels einer Rauschunterdrückung geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem geglätteten Verlauf des Signals der Temperatur des Getriebeöls (47) ein skalarer Temperaturwert des Getriebeöls (47), das jeweils aus einem Gleitlager (43) austritt, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den skalaren Temperaturwerten des Getriebeöls (47) und Temperaturwerten des Getriebeöls (47), die anhand eines Modells, das das Betriebsverhalten der Gleitlager (43) abbildet, ermittelt werden, jeweils ein Abgleich durchgeführt wird und in Abhängigkeit der Abgleiche jeweils Lagertemperaturen der Gleitlager (43) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass messtechnisch erfasste Temperaturwerte des Getriebeöls (47) aus den Gleitlagern (43) gespeichert und für definierte Betriebszustandsverläufe und/oder Betriebspunkte des Planetengetriebes (30) geclustert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die messtechnisch erfassten Temperaturwerte des Getriebeöls (47) aus den Gleitlagern (43) in Abhängigkeit der Drehzahl des Planetenträgers (34) und eines am Planetengetriebe (30) anliegenden Drehmomentes geclustert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis von den jeweils aktuell messtechnisch erfassten Temperaturwerten des Getriebeöls (47) eine Residual-Analyse durchgeführt wird, während der ein Vergleich mit zuvor messtechnisch ermittelten Temperaturwerten, die als Referenzwerte herangezogen werden, erfolgt, und während der unterschiedliche Betriebsbedingungen des Planetengetriebes (30) und unterschiedliche Temperaturniveaus des Getriebeöls (47) kompensiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Residual-Analyse in Abhängigkeit einer Zuführ-Temperatur des Getriebeöls, das den Gleitlagern (43) zugeführt wird, und der Rücklauf-Temperatur des Getriebeöls, das von dem Planetengetriebe (30) abgeleitet wird, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der über die Residual-Analyse ermittelten Temperaturwerte jeweils Betriebszustände der Gleitlager (43) ermittelt werden.
Steuergerät zum Ermitteln von Lagertemperaturen von Gleitlagern (43) von Planetenrädern (32) im Betrieb eines Planetengetriebes (30), wobei die Planetenräder (32) an einem rotierenden Planetenträger (34) über die Gleitlager (43) drehbar gelagert sind, wobei Getriebeöl (47) aus den Gleitlagern (43) separiert und in Richtung eines an den Planetenträger (34) angrenzenden Gehäusebereiches (50) geführt wird, und wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Getriebeöls (47) im Gehäusebereich (50) zu ermitteln, während der Ermittlung der Temperatur des Getriebeöls (47) einen Drehwinkel des Planetenträgers (34) zu überwachen, und in Abhängigkeit des Drehwinkels des Planetenträgers (34) und der ermittelten Temperaturen des Getriebeöls (47) jedem Gleitlager (43) eine Lagertemperatur zuzuordnen.
Steuergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 steuerungsseitig ausführt.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Steuergerät gemäß Anspruch 11 oder 12, ausgeführt wird.