-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ölsystem eines Gasturbinentriebwerks mit wenigstens einer Zuführleitung, über die einer Lagerkammer Öl zuführbar ist, und mit wenigstens einer Rücklauf-Leitung, über die im Wesentlichen Öl aus der Lagerkammer abführbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Offenbarung ein Gasturbinentriebwerk, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug.
-
Aus der Praxis bekannte Gasturbinentriebwerke für Luftfahrzeuge umfassen üblicherweise einen Einlauf, einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine sowie einen Auslass. Der Verdichter und die Turbine sind über eine Welle miteinander verbunden, die in einer Gehäusestruktur eines Gasturbinentriebwerkes über Lager drehbar gelagert ist. Die Lager sind in sogenannten Lagerkammern angeordnet, die gegenüber einer Umgebung der Lager abgedichtet sind. Zum Schmieren und Temperieren werden die Lagerkammern mit Öl von einem Ölsystem beaufschlagt, das über Zuführleitungen in die Lagerkammern eingeleitet wird. Des Weiteren sind die Lagerkammern über Rückführleitungen bzw. Rücklaufleitungen mit dem Ölsystem verbunden, über die das Öl aus den Lagerkammern wieder in das Ölsystem eingespeist wird. Diese Rücklaufleitungen werden oftmals auch als Scavenge-Leitungen bezeichnet. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Lagerkammern mit sogenannten Entlüftungsleitungen bzw. Vent-Leitungen an ein Luftführungssystem angeschlossen sind, über die ein Druck innerhalb der Lagerkammern einstellbar ist.
-
Insbesondere in den heißen Bereichen eines Gasturbinentriebwerkes, wie radial innerhalb der Turbine und/oder der Brennkammer, werden die Rücklaufleitungen, die Entlüftungsleitungen sowie die Zuführleitungen von Lagerkammern durch die Umgebung, in der hohe Betriebstemperaturen vorherrschen, in unerwünschtem Umfang aufgeheizt. Der Wärmeeintrag wird durch die Turbinenstrukturen, Schaufeln sowie eines zugeordneten Sekundärluftsystems verursacht, die alle höhere Betriebstemperaturen aufweisen als die Öl führenden Leitungen der Lagerkammern. Die von der Umgebung an die Öl führenden Leitungen abgegebene Wärme muss seitens des Wärmemanagements eines Gasturbinentriebwerks berücksichtigt werden und über entsprechend groß dimensionierte Wärmetauscher bzw. Kühler an die Umgebung des Gasturbinentriebwerkes abgegeben werden.
-
Dies führt unter Umständen jedoch dazu, dass ein vorhandener Kühler mit einer hohen Kühlleistung und damit entsprechend großen Abmessungen auszuführen ist. Gegebenenfalls kann es sogar erforderlich sein, hierfür mehrere Wärmetauscher vorsehen zu müssen. Zusätzliche Wärmetauscher erhöhen jedoch die Herstellkosten und ein Bauteilgewicht eines Gasturbinentriebwerkes in unerwünschtem Umfang. Darüber hinaus wird dafür auch zusätzlicher Bauraum benötigt.
-
Des Weiteren weisen bestehende Gasturbinentriebwerksysteme den Nachteil auf, dass alle Lagerkammern eines Gasturbinentriebwerkes im Wesentlichen mit der gleichen Vorlauftemperatur des jeweils in die Lagerkammern eingeleiteten Öls beaufschlagt werden. In Abhängigkeit des jeweils verwendeten Materials der Strukturen und Getriebekomponenten, die mit Öl beaufschlagt werden, sowie in Abhängigkeit der jeweils anliegenden Belastungen variiert jedoch die jeweils geforderte maximale Öltemperaturschwelle. Aus diesem Grund weisen einige Komponenten geringere Belastungsgrenzen als andere auf.
-
Aus der
US 6 438 938 B1 ist ein Gasturbinentriebwerk mit einem Kompressor, mit einer Brennkammer und mit einer Turbine bekannt. Einer Lagerkammer wird Öl über eine Zuführleitung zugeführt. Zusätzlich wird Luft über eine Entlüftungsleitung aus der Lagerkammer abgeführt. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles ist die Entlüftungsleitung innerhalb der Zuführleitung angeordnet oder die Zuführleitung umfasst die Entlüftungsleitung umfangsseitig. Unabhängig von jeweils gewählten konstruktiven Ausführungen soll zwischen der Zuführleitung und der Entlüftungsleitung ein Wärmeaustausch stattfinden, um die Temperatur in der Entlüftungsleitung zu begrenzen. Dadurch soll in der Entlüftungsleitung ein unerwünschtes Verkoken von Öl vermieden werden, das im Luftstrom aus der Lagerkammer in die Entlüftungsleitung eingeleitet wird. Die vorgeschlagenen Lösungen tragen jedoch nicht in gewünschtem Umfang zu einer Verbesserung des Wärmemanagements eines Gasturbinentriebwerks bei.
-
Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ölsystem und ein Gasturbinentriebwerk zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein Wärmemanagement eines Gasturbinentriebwerkes jeweils auf konstruktiv einfache Art und Weise verbessert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Ölsystem und mit einem Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Es wird ein Ölsystem eines Gasturbinentriebwerkes mit wenigstens einer Zuführleitung vorgeschlagen. Über die Zuführleitung ist einer Lagerkammer Öl zuführbar. Zusätzlich ist wenigstens eine Rücklaufleitung vorgesehen, über die im Wesentlichen Öl aus der Lagerkammer abführbar ist.
-
Dabei wird vorliegend unter einer Zuführleitung eine Leitung verstanden, über die einer Lagerkammer ein Ölvolumenstrom zugeführt wird, der im Wesentlichen keine Luftanteile oder nur geringe Luftanteile in Form von Blasen aufweist. Zusätzlich werden unter Rücklaufleitungen vorliegend solche Leitungen verstanden, über die jeweils der Großteil des eingeleiteten Ölvolumenstroms aus einer Lagerkammer ausgeleitet wird. Dies unterscheidet die Rücklaufleitung wesentlich von sogenannten Entlüftungsleitungen von Lagerkammern, über welche im Wesentlichen lediglich Luft aus Lagerkammern ausgeleitet wird, die einen deutlich geringeren Ölanteil in Form von Öltröpfchen aufweist.
-
Die Zuführleitung und die Rücklaufleitung grenzen bei dem Ölsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zumindest im Bereich von Leitungsabschnitten so aneinander, dass zwischen dem Öl in der Zuführleitung und dem Öl in der Rücklaufleitung ein Wärmeaustausch stattfindet.
-
Dadurch wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass das Öl, das aus der Lagerkammer ausgeführt wird und im Betrieb eine höhere Temperatur aufweist als das Öl, das über die Zuführleitung in die Lagerkammer eingeleitet wird, Wärmeenergie an das Öl in der Zuführleitung abgibt und somit abgekühlt wird. Gleichzeitig wird das Öl in der Zuführleitung erwärmt und mit einer höheren Temperatur in die Lagerkammer eingeleitet, als dies bei bekannten Gasturbinentriebwerken der Fall ist.
-
Durch die höhere Eintrittstemperatur des Öls in die Lagerkammer steigt die Temperatur in der Lagerkammer im Betrieb des Gasturbinentriebwerkes im Vergleich zu bekannten Lösungen an, wenn jeweils der gleiche Ölvolumenmassenstrom zu- und abgeführt wird. Die erhöhte Lagerkammertemperatur bewirkt, dass zwischen der Umgebung und der Lagerkammer insbesondere radial innerhalb einer Turbine oder einer Brennkammer geringere Temperaturgradienten vorliegen. Aufgrund der kleineren Temperaturgradienten ist der Wärmeeintrag aus der direkten Umgebung der Lagerkammer in die Lagerkammer durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung geringer.
-
Dieser geringere Wärmeeintrag führt wiederum dazu, dass über das Öl, welches aus der Lagerkammer ausgeführt wird, im Bereich eines Wärmetauschers des Gasturbinentriebwerkes in geringerem Umfang gekühlt werden muss. Dies führt somit insgesamt zu einem verbesserten Wärmemanagement eines Gasturbinentriebwerkes. Zudem ist die Kühlleistung eines Wärmetauschers eines Gasturbinentriebwerkes im Vergleich zu bekannten Lösungen reduzierbar, womit Kosten- und Bauraumvorteile erreicht werden.
-
Des Weiteren besteht auf konstruktiv einfache Art und Weise die Möglichkeit, die Zulauftemperatur des Öls, das jeweils einer Lagerkammer zugeführt wird, individuell über den Wärmeaustausch zwischen der Zuführleitung und der Rücklaufleitung einzustellen. Damit sind konstruktiv bedingte Unterschiede zwischen mehreren Lagerkammern eines Gasturbinentriebwerkes ohne zusätzlichen Steuer- und Regelaufwand auf einfache Art und Weise über das Wärmemanagement eines Gasturbinentriebwerkes berücksichtigbar.
-
Zusätzlich treten in den Strukturen des Gasturbinentriebwerkes, die die Lagerkammer umgeben, aufgrund des geringeren Temperaturgradienten zwischen den Strukturen und der Lagerkammer geringere Spannungen in den strukturellen Bauteilen auf. Dies resultiert aus der Tatsache, dass dann eine homogenere Temperaturverteilung im Gasturbinentriebwerk vorliegt.
-
Die Zuführleitung und die Rücklaufleitung können jeweils mit einem Wärmetauscher des Ölsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sein. Dabei kann der Leitungsabschnitt der Zuführleitung, der an den Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung angrenzt, stromab des Wärmetauschers und stromauf der Lagerkammer verlaufen. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung stromab der Lagerkammer und stromauf des Wärmetauschers angeordnet ist. Dadurch ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass zwischen dem Öl in der Zuführleitung und dem Öl in der Rücklaufleitung ein maximaler Temperaturgradient vorliegt und ein gewünschter Wärmeaustausch realisierbar ist.
-
Der Leitungsabschnitt der Zuführleitung kann auf bauraumgünstige Art und Weise radial innerhalb des Leitungsabschnittes der Rücklaufleitung angeordnet sein. Damit stellt der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung einen thermischen Abschirmbereich für den Leitungsabschnitt der Zuführleitung dar. Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass der Wärmeeintrag aus der Umgebung in das Ölsystem im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die Zuführleitung vollumfänglich direkt mit der Umgebung in Kontakt steht, geringer ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der Temperaturgradient zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur in der Rücklaufleitung geringer ist als der Temperaturgradient zwischen der Umgebungstemperatur und des Öls, welches durch die Zuführleitung in Richtung der Lagerkammer geführt wird.
-
Alternativ dazu kann der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch radial innerhalb des Leitungsabschnittes der Zuführleitung angeordnet sein. Dann kann die Rücklaufleitung beispielsweise im Bereich der Turbinen-Passage maximal gekühlt werden.
-
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Leitungsabschnitt der Zuführleitung und der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung koaxial zueinander angeordnet sind.
-
Darüber hinaus können der Leitungsabschnitt der Zuführleitung und der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung parallel, spiralförmig und/oder diagonal oder auch in anderer geeigneter Art und Weise zueinander verlaufen und umfangsseitig lediglich bereichsweise aneinander anliegen. Damit ist die Wärmeaustauschfläche zwischen den Leitungsabschnitten der Zuführleitung und der Rücklaufleitung im Vergleich zu der radial ineinander vorgesehenen Anordnungen der beiden Leitungen geringer. Jedoch bietet auch diese Ausführung die Möglichkeit, einen gewünschten Wärmeübergang zwischen dem Öl in der Rücklaufleitung und dem Öl in der Zuführleitung zu realisieren. Zudem wird die Zuführleitung zumindest bereichsweise von der Rücklaufleitung gegenüber der Umgebung abgeschirmt, womit der Wärmeeintrag aus der Umgebung ebenfalls begrenzbar ist.
-
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles kann es vorgesehen sein, dass der Leitungsabschnitt der Zuführleitung und der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung so zueinander verlaufend angeordnet sind, dass das Öl im Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung im Gleichstrom, im Gegenstrom und/oder im Kreuzstrom zum Öl im Leitungsabschnitt der Zuführleitung geführt wird. Damit ist der gewünschte Wärmeübergang zwischen der Rücklaufleitung und der Zuführleitung in Abhängigkeit des jeweils zur Verfügung stehenden Bauraumes angepasst durchführbar.
-
Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass der Leitungsabschnitt der Zuführleitung und der Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung zumindest teilweise von einer thermischen Abschirmeinheit umgeben sind. Über die thermische Abschirmeinheit ist wiederum ein Wärmeeintrag aus der Umgebung der Lagerkammer und der Zuführleitung sowie der Rücklaufleitung begrenzbar. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine solche thermische Abschirmeinheit eine weitere Leitung ist, die die Zuführleitung und die Rücklaufleitung zumindest im Bereich der Leitungsabschnitte umgreift und beispielsweise von entsprechend temperiertem Fluid, wie Öl oder Gas, durchströmt wird.
-
Die Rücklaufleitung kann mit einer Ölpumpe in Verbindung stehen, über die Öl aus der Lagerkammer absaugbar ist. Damit ist ein gewünschter Ölvolumenstrom aus der Lagerkammer und durch die Rücklaufleitung auf einfache Art und Weise einstellbar.
-
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Zuführleitung mit einer Ölpumpe verbunden ist, über die Öl aus einem Ölreservoir über die Zuführleitung in die Lagerkammer förderbar ist. Dann ist die Lagerkammer im gewünschten Umfang mit einem jeweils betriebszustandsabhängig variierbaren Ölvolumenstrom beaufschlagbar, um ein in der Lagerkammer angeordnetes Lager in erforderlichem Umfang schmieren und kühlen zu können.
-
Die der Zuführleitung zugeordnete Ölpumpe kann stromab des Ölreservoirs und stromauf des Wärmetauschers angeordnet sein.
-
Das Ölsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann mehrere Zuführleitungen und mehrere Rücklaufleitungen aufweisen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass jeweils wenigstens eine Zuführleitung und jeweils wenigstens eine Rücklaufleitung einer Lagerkammer zugeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Zulauftemperatur des über die Zuführleitung jeweils einer Lagerkammer zugeführten Öls auf einfache Art und Weise individuell einstellbar. Der Wärmeübergang zwischen dem Leitungsabschnitt der jeweils zugeordneten Rücklaufleitung und dem Leitungsabschnitt der jeweils zugeordneten Zuführleitung kann auf konstruktiv einfache Art und Weise durch entsprechende Auslegung der Wärmeübergangsfläche zwischen den Leitungsabschnitten ausgelegt werden. Zusätzlich kann der Wärmeübergang auch durch die jeweils einer Lagerkammer zugeführte und aus der Lagerkammer jeweils abgeführte Ölmenge variiert werden.
-
Des Weiteren wird ein Gasturbinentriebwerk, insbesondere ein Gasturbinentriebwerk für ein Luftfahrzeug vorgeschlagen, das mit wenigstens einem Verdichter, mit einer Brennkammer und mit wenigstens einer Turbine ausgeführt ist. Zusätzlich umfasst das Gasturbinentriebwerk wenigstens zwei Lagerkammern, in den Lager zur gehäuseseitigen Lagerung einer Kernwelle angeordnet sind. Das Gasturbinentriebwerk ist mit einem vorstehend näher beschriebenen Ölsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt.
-
Eine der Lagerkammern kann radial innerhalb der Turbine und/oder der Brennkammer angeordnet sein. Die Umgebung der Lagerkammer zwischen der Lagerkammer und der Turbine und/oder der Brennkammer kann zum Temperieren der Umgebung mit einem Luft führenden Bereich stromab des Verdichters in Verbindung stehen. Dann ist die Umgebung der Lagerkammer, die aufgrund des geringeren Temperaturgradienten zwischen der Umgebung und der Lagerkammer eine geringere Wärmemenge an die Lagerkammer abgeben kann, auf einfache Art und Weise im erforderlichen Umfang temperierbar.
-
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal, das 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, das hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal, das hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
-
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die angegeben 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 stark schematisierte Längsschnittansicht eines Gasturbinentriebwerkes mit einem Verdichter, mit einer Brennkammer und mit einer Turbine;
- 2 ein Blockschaltbild eines Ölsystems des Gasturbinentriebwerkes gemäß 1;
- 3 eine stark vereinfachte Querschnittansicht einer Zuführleitung und einer Rücklaufleitung des Ölsystems gemäß 2;
- 4 eine Querschnittsansicht einer Zuführleitung und einer Rücklaufleitung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ölsystems gemäß 2; und
- 5 eine Querschnittsansicht einer Zuführleitung und einer Rücklaufleitung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Ölsystems gemäß 2.
-
1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 1, das insbesondere ein Gasturbinentriebwerk eines Luftfahrzeuges sein kann, in einer Längsschnittansicht. Das Gasturbinentriebwerk 1 ist mit einem Nebenstromkanal 2 und mit einem Einlaufbereich 3 ausgebildet. An den Einlaufbereich 3 schließt sich in an sich bekannter Art und Weise ein Bläser bzw. ein Fan 4 an. Wiederum stromab des Bläsers 4 teilt sich der Fluidstrom im Gasturbinentriebwerk 1 in einen Nebenstrom A und in einen Kernstrom B auf. Der Nebenstrom A strömt durch den Nebenstromkanal 2 und der Kernstrom B strömt in einen Triebwerkskern 5. Der Triebwerkskern 5 ist mit einem Verdichter 6, mit einer Brennkammer 7 und mit einer Turbine 8 ausgeführt. Der Verdichter 6 ist vorliegend über eine Hochdruckwelle 9 mit einer Hochdruckturbine 10 verbunden, während die Turbine 8 über eine Niederdruckwelle 11 mit dem Bläser 4 in Wirkverbindung steht. Sowohl die Hochdruckwelle 9 als auch die Niederdruckwelle 11 sind im Bereich von Lagerkammern 9A, 9B bzw. 11A, 11B drehbar in gehäusefesten Strukturen des Gasturbinentriebwerkes 1 gelagert.
-
Die Lagerkammern 9B, 11B sind radial innerhalb der Turbine 8 und der Hochdruckturbine 10 sowie der Brennkammer 7 angeordnet. Die Umgebung der Lagerkammern 9B und 11B zwischen den Lagerkammern 9B und 11B und der Turbine 8 sowie der Hochdruckturbine 10 und auch der Brennkammer 7 steht mit einem Luft führenden Bereich stromab des Verdichters 6 in Verbindung. Dabei wird ein stromab des Verdichters 6 aus dem Kernstrom B abgezweigter Luftstrom zum Temperieren der Umgebung der Lagerkammern 9B und 11B verwendet.
-
2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ölsystems 12 des Gasturbinentriebwerkes 1 gemäß 1, über das die Lagerkammern 9A, 9B bzw. 11 A, 11B der Hochdruckwelle 9 und der Niederdruckwelle 11 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise mit Öl geschmiert und gekühlt werden. Das Ölsystem 12 umfasst ein Ölreservoir 13 sowie eine erste Ölpumpe 14. Über die Ölpumpe 14 ist Öl aus dem Ölreservoir 13 in Richtung eines Wärmetauschers 15 förderbar.
-
Der Wärmetauscher 15 kann vorliegend an einer Innenseite oder an einer Außenseite des Nebenstromkanals 2 angeordnet sein und in diesem Bereich vom Nebenstrom A überströmt werden. Dann findet zwischen dem Öl des Ölsystems 12, das durch den Wärmetauscher 15 geführt wird, und dem Gasstrom im Nebenstromkanal 2 ein Wärmeaustausch statt und das Öl wird im Bereich des Wärmetauschers 15 gekühlt. Zusätzlich dazu oder alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass das Öl im Bereich des Wärmetauschers 15 mittels Kraftstoff, der für den Betrieb des Gasturbinentriebwerkes 1 vorgesehen ist, temperiert wird.
-
Stromab steht der Wärmetauscher 15 über Zuführleitungen 16A, 17A bzw. 16B, 17B mit den Lagerkammern 9A, 11A bzw. 9B, 11B in Verbindung. Über die Zuführleitungen 16A bis 17B wird jeweils Öl in die Lagerkammern 9A bis 11B eingeleitet. Des Weiteren sind Rücklaufleitungen 18A, 19A bzw. 18B, 19B vorgesehen, über die Öl aus den Lagerkammern 9A, 11A bzw. 9B, 11B ausgeleitet wird. Dabei wird über die Rücklaufleitungen 18A bis 19B jeweils der Großteil des eingeleiteten Ölvolumenstroms ausgeleitet. Dies unterscheidet die Rücklaufleitungen 18A bis 19B wesentlich von sogenannten Entlüftungsleitungen der Lagerkammern 9A bis 11B, über welche im Wesentlichen Luft aus den Lagerkammern 9A bis 11B ausgeleitet wird, die einen deutlich geringeren Ölanteil in Form von Öltröpfchen aufweist. Die Entlüftungsleitungen sind in der Zeichnung nicht näher dargestellt.
-
Die Rücklaufleitungen 18A bis 19B stehen mit einer zweiten Ölpumpe 21 in Verbindung, über die Öl aus den Lagerkammern 9A bis 11B absaugbar ist. Damit ist ein gewünschter Ölvolumenstrom aus den Lagerkammern 9A bis 11B und durch die Rücklaufleitungen 18A bis 19B auf einfache Art und Weise einstellbar.
-
In Bereichen I und II des Gasturbinentriebwerkes 1 sind Leitungsabschnitte der Zulaufleitungen 16A, 17A bzw. 16B, 17B und der Rücklaufleitungen 18A, 19A bzw. 18B, 19B angeordnet. Die Leitungsabschnitte der Zulaufleitungen 16A, 17A bzw. 16B, 17B und der Rücklaufleitungen 18A, 19A bzw. 18B, 19B grenzen beispielsweise in der in 3 bis 5 jeweils dargestellten Art und Weise aneinander an. Dabei findet im Bereich der Leitungsabschnitte zwischen dem Öl, das in den Zuführleitungen 16A bis 17B geführt wird, und dem Öl, das in den Rücklaufleitungen 18A bis 19B aus den Lagerkammern 9A bis 11B ausgeführt wird, ein Wärmeaustausch statt.
-
Es kann vorgesehen sein, dass jeweils eine Zuführleitung 16A bis 17B und jeweils eine derselben Lagerkammer 9A bis 11B zugeordnete Rücklaufleitung 18A bis 19B in der in 3 dargestellten Art und Weise in den Bereichen I und II koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist jeweils ein Leitungsabschnitt der Zuführleitungen 16A bis 17B radial innerhalb eines Leitungsabschnittes der zugeordneten Rücklaufleitung 18A bis 19B verlaufend vorgesehen und umfangsseitig vollständig vom Leitungsabschnitt der Rücklaufleitung 18A bis 19B umschlossen.
-
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Leitungsabschnitte der Zuführleitungen 16A bis 17B und die Leitungsabschnitte der Rücklaufleitungen 18A bis 19B jeweils exzentrisch zueinander verlaufend, jedoch radial geschachtelt zueinander angeordnet sind.
-
4 zeigt eine weitere Ausführungsform bzw. eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Leitungsabschnitte der Zulaufleitungen 16A bis 17B und der Leitungsabschnitte der Rücklaufleitungen 18A bis 19B in den Bereichen I und II. Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass jeweils ein Leitungsabschnitt einer Zulaufleitung 16A bis 17B in den Bereichen I und II parallel zum Leitungsabschnitt der betreffenden Rücklaufleitung 18A bis 19B verlaufend angeordnet ist und die Leitungsabschnitte lediglich in einem begrenzten Umfangsbereich aneinander anliegen.
-
Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Leitungsabschnitte der Zuführleitungen 16A bis 17B und der Rücklaufleitungen 18A bis 19B in der zu 3 beschriebenen Art und Weise zueinander angeordnet sind und zusätzlich in der in 5 gezeigten Art und Weise von einer thermischen Abschirmeinheit 20 umfangsseitig umgriffen sind. Über die umfangsseitige thermische Abschirmeinheit 20 wird ein Wärmeeintrag aus der Umgebung der Zuführleitungen 16A und 17B und der Rücklaufleitungen 18A bis 19B auf konstruktiv einfache Art und Weise reduziert, wenn hierfür der erforderliche Bauraum zur Verfügung steht.
-
Die jeweils in den Bereichen I und II zwischen den Zuführleitungen 16A bis 17B und den Rücklaufleitungen 18A bis 19B ausgetauschte Wärmemenge kann auf konstruktiv einfache Art und Weise durch entsprechende Auslegung der Wärmeaustauschfläche zwischen diesen Leitungen definiert werden.
-
Darüber hinaus ist bei der radial geschachtelten Anordnung zwischen den Zulaufleitungen 16A bis 17B und den Rücklaufleitungen 18A bis 19B im Vergleich zu bekannten Lösungen die Wahrscheinlichkeit von Leitungsschäden niedriger. Zusätzlich ist auch die Wahrscheinlichkeit eines Austritts von Öl in die Umgebung der Lagerkammern 9A bis 11B, in der hohe Betriebstemperaturen vorherrschen, und damit auch die Brandgefahr bei einer geschachtelten Anordnung der Zuführleitungen 16A bis 17B und der Rücklaufleitungen 18A bis 19B geringer.
-
Die Lagerkammern 9A bis 11B des Gasturbinentriebwerkes 1 können im Vergleich zu bekannten Treibwerkssystemen jeweils wesentlich näher an ihrem optimalen Betriebspunkt und auch wesentlich näher an der maximal zulässigen Betriebstemperatur betrieben werden.
-
Zusätzlich kann auch die Kühlkapazität und somit auch die Größe des Ölkühlers 15 im Vergleich zu bekannten Gasturbinentriebwerken geringer ausgelegt werden. Dies beruht auf der Tatsache, dass durch die Temperierung des Öls in den Bereichen I und II ein geringerer Wärmeeintrag aus der Umgebung der Lagerkammern 9A bis 11B erfolgt, der bei bekannten Triebwerkssystemen im Bereich des Wärmetauschers 15 an die Umgebung bzw. den Nebenstrom A abzugeben ist.
-
Das verbesserte Wärmemanagement des Gasturbinentriebwerkes 1 ist auch mit einer geringen Anzahl an Leitungen, im vorliegenden Fall jeweils mit wenigstens zwei Leitungen für jede Lagerkammer realisierbar, die der heißen Umgebung im Gasturbinentriebwerk 1 ausgesetzt sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gasturbinentriebwerk
- 2
- Nebenstromkanal
- 3
- Einlaufbereich
- 4
- Bläser, Fan
- 5
- Triebwerkskern
- 6
- Verdichter
- 7
- Brennkammer
- 8
- Turbine
- 9
- Hochdruckwelle
- 10
- Hochdruckturbine
- 11
- Niederdruckwelle
- 12
- Ölsystem
- 13
- Ölreservoir
- 14
- Ölpumpe
- 15
- Wärmetauscher
- 16A, 16B
- Zuführleitung
- 17A, 17B
- Zuführleitung
- 18A, 18B
- Rücklaufleitung
- 19A, 19B
- Rücklaufleitung
- 20
- Abschirmeinheit
- 21
- Ölpumpe
- A
- Nebenstrom
- B
- Kernstrom
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
