DE102009052659B4

DE102009052659B4 - Gasturbinentriebwerk mit einer Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe

Info

Publication number: DE102009052659B4
Application number: DE102009052659.5A
Authority: DE
Inventors: Robert THIES
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: DE102009052659A1

Abstract

Gasturbinentriebwerk mit einer Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe (2), dessen Getriebewelle (6) über ein in inneren und äußeren Stützstreben (9, 10) des Triebwerksgehäuses (16) untergebrachtes Lastübertragungsmittel (3) mit einer Triebwerkswelle (4) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein für einen Zugmitteltrieb ausgebildetes flexibles Lastübertragungsmittel (3), dessen Lasttrum (11) und Leertrum (12) getrennt voneinander innerhalb von in Umfangsrichtung des Triebwerksgehäuses (16) beabstandeten ersten inneren und äußeren Stützstreben (9, 10) und zweiten inneren und äußeren Stützstreben (9', 10') geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Gasturbinentriebwerk mit einer Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe, dessen Getriebewelle über ein in inneren und äußeren Stützstreben des Triebwerksgehäuses untergebrachtes Lastübertragungsmittel mit einer Triebwerkswelle verbunden ist.
Neben dem Antrieb des Fans und der Kompressoren muss ein Gasturbinentriebwerk auch die für das Betreiben von bestimmten Ausrüstungsteilen des Triebwerks und des Flugzeugs erforderliche mechanische Energie bereitstellen. Typische Triebwerkszusatzgeräte sind der Starter, die Ölpumpe, die Kraftstoffpumpe, der Entlüfter und der Generator, während die Zusatzgeräte für das Flugzeug im Wesentlichen hydraulische Pumpen und Generatoren umfassen. Die große Bedeutung dieser Ausrüstungsteile für einen sicheren Flugbetrieb stellt höchste Anforderungen an die Zuverlässigkeit der mechanischen Energieübertragung zwischen einem im Innern des Triebwerks angeordneten, mit einer der Triebwerkswellen verbundenen Innengetriebe und einem Zwischengetriebe bzw. einem am Triebwerksgehäuse angebrachten äußeren oder Zusatzgerätegetriebe über eine im Wesentlichen senkrecht zu der betreffenden Triebwerkswelle angeordnete Radialwelle und an deren Enden erforderliche Winkeltriebe. Der Abstand zwischen den beiden durch die Radialwelle verbundenen Getrieben sowie das zu übertragende Drehmoment und die Rotationsgeschwindigkeit sind bestimmende Faktoren für den Durchmesser der Radialwelle. Der Radialwellendurchmesser bestimmt wiederum die Weite und damit die axiale Länge der inneren und äußeren Stützstreben (Verkleidungsstreben) im Zwischengehäuse des Triebwerks, in denen die Radialwelle aus aerodynamischen Gründen untergebracht ist. Mit den steigenden Anforderungen an die Kraftübertragung durch die Radialwelle und deren sich dadurch vergrößerndem Durchmesser wächst somit aufgrund der notwendigerweise immer größeren Weite der Verkleidungsstreben der Luftwiderstand im Nebenstromkanal und im Kernstromkanal und zum anderen erhöht sich aufgrund der in Triebwerksachsrichtung steigenden Länge dieser Streben und der damit verbundenen größeren Länge des Zwischengehäuses auch das Gewicht des Triebwerks. Durch eine Zwischenlagerung der im Zuge der weiteren Entwicklung immer längeren und schnelleren Radialwellen kann zwar eine weitere Vergrößerung des Wellendurchmessers vermieden werden, jedoch erhöhen sich dadurch das Gewicht und der konstruktive Aufwand sowie die mechanischen Verluste.
Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang unterschiedliche Antriebsanordnungen für Zusatzgerätegetriebe eines Gasturbinentriebwerks bekannt. Beispielsweise ist aus der GB 701 719 A eine Antriebsanordnung für Zusatzgerätegetriebe eines Gasturbinentriebwerks bekannt, welche aus einer Kombination von einer Radialwelle und eines Zugmitteltriebs besteht.
Aus der US 2009/0104027 A1 und der US 2008/0173114 A1 sind ferner Antriebsanordnungen für Zusatzgerätegetriebe eines Gasturbinentriebwerks bekannt, bei der die Lastübertragung über eine Radialwelle erfolgt, welche durch die Streben eines hohlen Zwischengehäuses des Gasturbinentriebwerks geführt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebswerk mit einem zwischen einer axialen Triebwerkswelle und einem Zusatzgerätegetriebe angeordneten Lastübertragungsmittel so auszubilden, dass über eine große Länge hohe Drehmomente übertragen werden können und gleichzeitig eine aerodynamische Ausbildung des Kern- und des Nebenstromkanals und ein geringes Triebwerksgewicht erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Gasturbinentriebwerk gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Gasturbinentriebwerk mit im Nebenstromkanal angeordneten äußeren Leitschaufeln und stromab im Nebenstrom- und im Kernstromkanal vorgesehenen äußeren und inneren Stützstreben sowie einer im Bereich der Stützstreben vorgesehenen Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe besteht der Grundgedanke der Erfindung in der Lastübertragung von einer Triebwerkswelle auf eine Getriebewelle des Zusatzgerätegetriebes durch einen Zugmitteltrieb, wobei der Lasttrum und Leertrum eines flexiblen Lastübertragungsmittels getrennt voneinander innerhalb von in Umfangsrichtung des Triebwerksgehäuses beabstandeten ersten inneren und äußeren Stützstreben und zweiten inneren und äußeren Stützstreben geführt ist. Durch diese Art der Lastübertragung und Führung des flexiblen Lastübertragungsmittels zwischen einer Triebwerkswelle und dem Zusatzgerätegetriebe können die zur aerodynamischen Verkleidung des Lastübertragungsmittels vorgesehenen äußeren und inneren Stützstreben erheblich schlanker und dementsprechend kürzer ausgeführt werden, so dass die Strömung im Neben- und Kernstromkanal verbessert und – auch aufgrund einer möglichen Reduzierung der Triebwerkslänge – das Triebwerksgewicht verringert werden kann. Darüber hinaus sind auch die mechanischen Verluste, die bei einer Radialwelle als Lastübertragungsmittel durch die am Wellenanfang und am Wellenende erforderlichen Winkeltriebe bedingt sind, gering.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Lastübertragungsmittel über eine an einer Triebwerkswelle befestigte Antriebsrolle, eine an einer Getriebewelle des Zusatzgerätegetriebes befestigte Abtriebsrolle sowie eine zur Umleitung des Leertrums in die zweiten inneren und äußeren Stützstreben vorgesehene Leitrolle geführt. Die Leitrolle gewährleistet die getrennte Führung des Last- und des Leertrums in in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, vorzugweise benachbarten Stützstreben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Lasttrum und dem Leertrum des flexiblen Lastübertragungsmittels an der Eintrittsseite in den Hohlraum der inneren Stützstreben jeweils eine Führungsrolle zugeordnet, die in Verbindung mit der Abtriebsrolle bzw. der Leitrolle für eine im Wesentlichen mittige Führung des Last- und des Leertrums in den Hohlräumen der Stützstreben sorgt und somit eine besonders schlanke und kurze Ausbildung der Verkleidungsstreben erlaubt.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das flexible Lastübertragungsmittel als Flachriemen, Keilriemen, Zahnriemen oder Kette ausgebildet, wobei die Antriebs- und Abtriebsrollen sowie die Leit- und Führungsrollen an die Art des jeweiligen Lastübertragungsmittels angepasst sind.
Platzbedarf für Spannelemente, wie automatische Spannvorrichtungen, beispielsweise Spannrollen die über Federkräfte den Leertrum straffen, ist vorhanden und ergibt sich vorteilhaft im Getriebegehäuse, oder zwischen innerer Stützstrebe und äußerer Stützstrebe sowie im Inneren des umschließenden Kreises der inneren Stützstreben.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die äußeren Stützstreben durch in Umfangsrichtung im Nebenstromkanal des Triebwerksgehäuses regelmäßig angeordnete, stromab versetzte äußere Leitschaufeln gebildet, deren übliche schlanke Ausführung ausreicht, um in dem in den Leitschaufeln vorhandenen Hohlraum den Last- bzw. den Leertrum des Lastübertragungsmittels aufzunehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen senkrechten Schnitt durch ein Triebwerk im Bereich der Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe;
2 eine Schnittansicht längs der Linie BB in 1; und
3 eine vollständige schematische Schnittansicht entsprechend 2, jedoch mit zusätzlichen Führungsrollen für das Lastübertragungsmittel.
Wie 1 zeigt, umfasst das Triebwerk im Bereich der Antriebsanordnung für ein in einem Getriebegehäuse 1 untergebrachtes Zusatzgerätegetriebe 2 ein flexibles – hier als Flachriemen ausgebildetes – Lastübertragungsmittel 3, das über eine an einer Triebwerkswelle 4, beispielsweise der Niederdruckwelle eines Fantriebwerks, befestigte Antriebsrolle 5, eine an einer Getriebewelle 6 des Zusatzgerätegetriebes 2 befestigte Abtriebsrolle 7 sowie eine Leitrolle 8 geführt ist und einen Zugmitteltrieb bildet. Das flexible Lastübertragungsmittel 3 kann auch als Keilriemen, Zahnriemen oder als Kette ausgebildet sein und daran angepasst sind die Antriebs-, die Abtriebs- und die Umlenkrolle 5, 7, 8 ausgeführt. Die Lage der Antriebs-, Abtriebs und Umlenkrollen 5, 7, 8 und der im Triebwerksgehäuse 16 in Umfangsrichtung verteilt angeordneten inneren Stützstreben 9 (im Kernstromkanal) und äußeren Stützstreben 10 (im Nebenstromkanal) ist so aufeinander abgestimmt, dass sich der Lasttrum 11 und der Leertrum 12 des flexiblen Lastübertragungsmittels 3 jeweils in dem Hohlraum von in Umfangsrichtung des Triebwerksgehäuses 16 benachbarten inneren und äußeren – aerodynamisch geformten – Stützstreben 9, 10 und 9', 10' befinden. Aufgrund des als Riemen oder Kette ausgebildeten Lastübertragungsmittels 3 und der Führung von dessen Last- und Leertrum in unterschiedlichen Stützstreben ist der Platzbedarf für die aerodynamische Ummantelung des Lastübertragungsmittels sehr gering, so dass die Stützstreben 9, 9', 10, 10' eine aerodynamisch vorteilhafte geringe Weite sowie eine dementsprechend geringe Länge aufweisen. Daraus resultiert zudem eine Verringerung der Länge des Triebwerks und folglich eine erhebliche Gewichtseinsparung sowie eine durch die verbesserte Aerodynamik und das verminderte Gewicht bedingte Erhöhung des Triebwerkswirkungsgrades.
3 zeigt eine Ausführungsvariante der Antriebsanordnung mit dem flexiblen Lastübertragungsmittel 3 am Lastrum 11 und am Leertrum 12 in der Nähe der Triebwerkswelle 4 zugeordneten Führungsrollen 13, 14, die es erlauben, den Leer- und den Lasttrum 11, 12 genau mittig in dem Hohlraum der inneren und äußeren Stützstreben 9, 9', 10, 10' zu führen und mithin deren Weite weiter zu verringern. Aufgrund des geringen Platzbedarfs für die aerodynamische Verkleidung des flexiblen Lastübertragungsmittels können auch die im Nebenstromkanal des Triebwerks vorgesehenen äußeren Leitschaufeln 15, die, wie in 3 angedeutet, jetzt aber gleichzeitig als stromab verlegte äußere Stützstreben fungieren, als Verkleidungselemente für das Lastübertragungsmittel genutzt werden. Der Hohlraum der – auf die Höhe der äußeren Stützstreben verlegten – schlanken äußeren Leitschaufeln (OGV) reicht zur Unterbringung des Last- bzw. Leertrums des flexiblen Lastübertragungsmittels 3 aus.
Bezugszeichenliste

1: Getriebegehäuse
2: Zusatzgerätegetriebe
3: Flexibles Antriebsübertragungsmittel
4: Triebwerkswelle
5: Antriebsrolle
6: Getriebewelle
7: Antriebsrolle
8: Leitrolle
9, 9': innere Stützstreben, Verkleidungsstreben
10, 10': äußere Stützstreben, Verkleidungsstreben
11: Lasttrum v. 3
12: Leertrum v. 3
13, 14: Führungsrollen
15: äußere Leitschaufeln
16: Triebwerksgehäuse

Claims

Gasturbinentriebwerk mit einer Antriebsanordnung für ein Zusatzgerätegetriebe (2), dessen Getriebewelle (6) über ein in inneren und äußeren Stützstreben (9, 10) des Triebwerksgehäuses (16) untergebrachtes Lastübertragungsmittel (3) mit einer Triebwerkswelle (4) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein für einen Zugmitteltrieb ausgebildetes flexibles Lastübertragungsmittel (3), dessen Lasttrum (11) und Leertrum (12) getrennt voneinander innerhalb von in Umfangsrichtung des Triebwerksgehäuses (16) beabstandeten ersten inneren und äußeren Stützstreben (9, 10) und zweiten inneren und äußeren Stützstreben (9', 10') geführt ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastübertragungsmittel (3) über eine an einer Triebwerkswelle (4) befestigte Antriebsrolle (5), eine an einer Getriebewelle (6) des Zusatzgerätegetriebes (2) befestigte Abtriebsrolle (7) sowie eine zur Umleitung des Leertrums (12) in die zweiten inneren und äußeren Stützstreben (9', 10') vorgesehene Leitrolle (8) geführt ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Lasttrum (11) und dem Leertrum (12) des flexiblen Lastübertragungsmittels (3) an der Eintrittsseite in den Hohlraum der inneren Stützstreben (9, 9') jeweils eine Führungsrolle (13, 14) zugeordnet ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Lastübertragungsmittel (3) als Flachriemen, Keilriemen, Zahnriemen oder Kette ausgebildet ist
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs- und Abtriebsrollen (5, 7) sowie die Leit- und Führungsrollen (8, 13, 14) an die Art des jeweiligen Lastübertragungsmittels (3) angepasst sind.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Stützstreben (10) durch in Umfangsrichtung im Nebenstromkanal des Triebwerksgehäuses (16) regelmäßig angeordneten, stromab versetzten äußeren Leitschaufeln (16) gebildet sind.