DE102021116507A1

DE102021116507A1 - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102021116507A1
Application number: DE102021116507.5A
Authority: DE
Inventors: Moritz Wirth
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-12-29
Also published as: US20220412273A1; US11674453B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk (10), das einen Triebwerkskern (11), einen stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) angeordneten Fan (23) und eine als Hohlwelle ausgebildete Niederdruckwelle (26) aufweist. Die Niederdruckwelle (26) umfasst ein axial vorderes Ende (261) und ein axial hinteres Ende (262), wobei das axial hintere Ende (262) im Betrieb des Gasturbinentriebwerks (10) mit heißer Verdichterluft (71) beaufschlagt ist. Es ist in das Innere der Niederdruckwelle (26) ein Ventil (4) integriert, das dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Niederdruckwelle (26) zu öffnen oder zu schließen, wobei das Ventil (4) ab einer vordefinierten Drehzahl geschlossen und unterhalb dieser Drehzahl geöffnet ist, und wobei das Ventil (4) weiter dazu ausgebildet ist, im geöffneten Zustand heiße Verdichterluft (71) vom axial hinteren Ende (262) der Niederdruckwelle (26) zum axial vorderen Ende (261) der Niederdruckwelle (26) strömen zu lassen und im geschlossenen Zustand heiße Verdichterluft (71) daran zu hindern, durch die Niederdruckwelle (26) zu strömen. Ferner umfasst das Gasturbinentriebwerk Mittel (5), die bei geöffnetem Ventil (4) axial nach vorne strömende heiße Verdichterluft (71) der Außenseite (2310) der Fanscheibe zuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, den Fan eines Gasturbinentriebwerks in BLISK-Bauweise herzustellen, für welchen Fall die Fanscheibe und die Fanschaufeln einstückig ausgebildet sind. Fans in BLISK-Bauweise neigen allerdings in verstärktem Maße zu einer Eisbildung. Dies hängt damit zusammen, dass die Fanschaufeln einer Fan-BLISK im Vergleich zu Fanschaufeln, die jeweils einzeln mit der Fanscheibe verbunden werden, steifer ausgebildet sind und geringere Biegungen erfahren. Hierdurch werden geringere Scherkräfte in die Oberfläche der Fanschaufeln eingeleitet. Dies erschwert es, dass gebildetes Eis sich von der Fan-BLISK ablöst, so dass sich dickere Eisschichten bilden können. Hinzu kommt, dass bei einer Fan-BLISK keine Relativbewegungen zwischen den Fanschaufeln und der Fanscheibe stattfinden, was ebenfalls eine regelmäßige Ablösung von sich bildendem Eis beeinträchtigt. Wenn das zu dickeren Schichten akkumulierte Eis sich löst, kann dies zu unerwünschten Unwuchten führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasturbinentriebwerk bereitzustellen, bei dem die Gefahr einer Vereisung des Fans reduziert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die Erfindung ein Gasturbinentriebwerk, das einen Triebwerkskern aufweist, der mindestens einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine umfasst. Stromaufwärts des Triebwerkskerns ist ein Fan angeordnet, der eine Fanscheibe und mit der Fanscheibe verbundene Fanschaufeln umfasst. Weiter umfasst das Gasturbinentriebwerk eine als Hohlwelle ausgebildete Niederdruckwelle, die mit der Niederdruckturbine gekoppelt ist und die den Fan antreibt. Dabei weist die Niederdruckwelle ein axial vorderes Ende und ein axial hinteres Ende auf, wobei das axial hintere Ende im Betrieb des Gasturbinentriebwerks mit heißer Verdichterluft beaufschlagt ist.
Es ist vorgesehen, dass in das Innere der Niederdruckwelle ein Ventil integriert ist, das dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Niederdruckwelle zu öffnen oder zu schließen, wobei das Ventil ab einer vordefinierten Drehzahl geschlossen und unterhalb dieser Drehzahl geöffnet ist, und wobei das Ventil weiter dazu ausgebildet ist, im geöffneten Zustand die heiße Verdichterluft, die das axial hintere Ende der Niederdruckwelle beaufschlagt, vom axial hinteren Ende der Niederdruckwelle zum axial vorderen Ende der Niederdruckwelle strömen zu lassen, und im geschlossenen Zustand die heiße Verdichterluft, die das axial hintere Ende der Niederdruckwelle beaufschlagt, daran zu hindern, durch die Niederdruckwelle zu strömen. Weiter ist vorgesehen, dass das Gasturbinentriebwerk Mittel umfasst, die bei geöffnetem Ventil axial nach vorne strömende heiße Verdichterluft der Außenseite der Fanscheibe zuführen.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, Verdichterluft dazu zu verwenden, den Fan zu beheizen und dadurch eine Vereisung des Fans zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, wobei die Verdichterluft über die Niederdruckwelle axial nach vorne zur Fanscheibe transportiert wird. Ein solcher Transport heißer Verdichterluft axial nach vorne erfolgt dabei über ein im Inneren der Niederdruckwelle angeordnetes Ventil, das erst ab einer bestimmten Drehzahl der Niederdruckwelle öffnet. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass bei hohen Drehzahlen, wie sie beim Startschub, im Steigflugschub oder im Reiseflugschub vorliegen, die Abzweigung von heißer Verdichterluft zum Heizen der Fanscheibe vermieden wird: Zum einen ist bei hohen Drehzahlen die Gefahr einer Eisbildung nicht gegeben. Zum anderen wird durch die Umleitung von Verdichterluft durch die Niederdruckwelle axial nach vorne zur Fanscheibe der Treibstoffverbrauch des Gasturbinentriebwerks erhöht, da die umgeleitete Verdichterluft nicht mehr ihren ursprünglichen Zweck erfüllen kann, nämlich als Sperrluft im Bereich der Niederdruckturbine Verluste durch Austreten von Gas aus dem Hauptströmungspfad zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Lösung erreicht somit eine Verhinderung einer Eisbildung am Fan, ohne die Effizienz des Triebwerks substantiell zu belasten.
Bei geringen Drehzahlen der Niederdruckwelle, wie sie beispielsweise im Sinkflug auftreten, erfolgt durch die erfindungsgemäße Lösung dagegen ein Beheizen des Fans. Beim Sinkflug, wenn das Fahrzeug durch die Wolkendecke tritt, ist in besonderem Maße die Gefahr einer Eisbildung gegeben.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Ventil wird auch verhindert, dass sich ein stromaufwärts des Fans angeordneter Nasenkonus auf Temperaturen erhitzt, die oberhalb der Auslegungstemperatur liegen. Diese Gefahr wäre bei einer ununterbrochenen Beaufschlagung der Fanscheibe mit heißer Verdichterluft gegeben.
Wie ausgeführt, ist die Niederdruckwelle mit der Niederdruckturbine gekoppelt und treibt die Niederdruckwelle den Fan an. Es wird darauf hingewiesen, dass das Antreiben des Fans durch die Niederdruckwelle direkt oder alternativ indirekt unter Verwendung eines Untersetzungsgetriebes, beispielsweise eines Planetengetriebes, erfolgen kann, wobei ein solches Untersetzungsgetriebe eingangsseitig mit der Niederdruckwelle verbunden ist und ausgangsseitig, mit reduzierter Drehzahl, eine Fanwelle antreibt. Die bei geöffnetem Ventil über das Innere der Niederdruckwelle axial nach vorne strömende heiße Verdichterluft wird im Falle eines Untersetzungsgetriebes an dem Untersetzungsgetriebe vorbei und im Inneren der Fanwelle weiter axial nach vorne geleitet.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil als federbelastetes Ventil ausgebildet ist, das ab der vordefinierten Drehzahl schließt. Das federbelastete Ventil bildet dabei ein Verschlussteil aus, die eine Öffnung des Ventils ab der vordefinierten Drehzahl verschließt. Ein Verschließen des federbelasteten Ventils erfolgt, wenn die auf das Ventil wirkende Zentrifugalkraft die Feder ausreichend auslenkt.
Im unbelasteten Zustand befindet sich das federbelastete Ventil somit in einer Stellung, in der die Ventilöffnung freigegeben ist.
Eine solche, rein mechanische Realisierung des Ventils arbeitet vollständig autonom, ohne dass ein Steuer- oder Kontrollsystem erforderlich ist. Jedoch wird darauf hingewiesen, dass in alternativen Ausgestaltungen vorgesehen sein kann, dass das Ventil elektrisch geöffnet und geschlossen wird, wobei es entsprechende Steuerbefehle abhängig von der Drehzahl der Niederdruckwelle von einem Steuersystem erhält.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass das Ventil einen Ventilkörper, eine Öffnung im Ventilkörper und eine Blattfeder umfasst, wobei die Blattfeder in axialer Richtung verläuft und dazu ausgebildet ist,

- bei geringen Drehzahlen, die unter der vordefinierten Drehzahl liegen, von der Öffnung im Ventilkörper beabstandet zu sein, und
- bei hohen Drehzahlen, die über der vordefinierten Drehzahl liegen, durch die auf sie wirkende Zentrifugalkraft die Öffnung im Ventilkörper zu verschließen.

Aufgrund der axialen Erstreckung der Blattfeder nimmt die auf die Blattfeder wirkende Zentrifugalkraft mit zunehmender Drehzahl der Niederdruckwelle zu.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Blattfeder ein an den Ventilkörper angelenktes, erstes Blattfederende und ein vom Ventilkörper entferntes, zweites Blattfederende aufweist, wobei das zweite Blattfederende einen Vorsprung aufweist, der ein Verschlussteil des Ventils bildet, das ab der vordefinierten Drehzahl die Öffnung im Ventilkörper verschließt. Mit zunehmender Drehzahl wird der Vorsprung in die Öffnung des Ventilkörpers gedrückt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Öffnung des Ventilkörpers in einer schräg verlaufenden Wand des Ventilkörpers ausgebildet ist. Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Dichtfläche des an der Blattfeder ausgebildeten Vorsprungs durch Fasen am Vorsprung gebildet ist. Dies erlaubt eine einfache und zuverlässige Realisierung eines federbelasteten Ventils, das ab einer bestimmten Drehzahl bzw. auf es wirkenden Zentrifugalkraft schließt.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass das Ventil einen mit mindestens einer Öffnung versehenen Ventilring oder eine mit mindestens einer Öffnung versehene Ventilscheibe umfasst, der/die sich in radialer Richtung im Inneren der Niederdruckwelle erstreckt und dessen/deren radial äußeres Ende an der Innenwand der Niederdruckwelle anliegt, wobei das Ventil Federmittel umfasst, die in Abhängigkeit von der Drehzahl die mindestens eine Öffnung verschließen oder freigeben.
Der Ventilring bzw. die Ventilscheibe ist dabei beispielsweise derart mit Öffnungen versehen, dass im radial äußeren Bereich des Ventilrings bzw. der Ventilscheibe in Umfangsrichtung beabstandet Öffnungen im Ventilring bzw. der Ventilscheibe ausgebildet sind.
Das Ventil umfasst dabei in dem Fall einen Ventilring, wenn sich im Inneren der Niederdruckwelle eine mit der Niederdruckwelle mitrotierende weitere Welle befindet, so dass der Querschnitt der Niederdruckwelle, durch den Luft strömen kann, ringförmig ist. Bei der weiteren Welle, die koaxial zur Niederdruckwelle verläuft, handelt es sich beispielsweise um eine Zusatzwelle, die in an sich bekannter Weise im Falle eines Wellenbruchs zum Einsatz kommt. Wenn dagegen im Inneren der Niederdruckwelle keine weitere Welle angeordnet ist, so ist der Querschnitt der Niederdruckwelle, durch den Luft strömen kann, kreisförmig und in diesem Fall umfasst das Ventil eine Ventilscheibe.
In der genannten Ausführungsvariante mit Ventilring oder Ventilscheibe kann vorgesehen sein, dass die Federmittel als Sprengring ausgebildet sind, dessen Enden zwischen sich in Umfangsrichtung einen Spalt ausbilden, wobei der Sprengring sich mit zunehmender Drehzahl aufgrund der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft aufweitet und ab der vordefinierten Drehzahl eine Form einnimmt, in der er die mindestens eine Öffnung verschließt.
Eine Ausdrucksvariante hierzu sieht vor, dass

- der Sprengring im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und zwei in axialer Richtung beabstandete, in radialer Richtung verlaufende Schenkel aufweist, die durch eine Basis miteinander verbunden sind, wobei das durch den Sprengring gebildete U nach radial außen offen ist,
- der Ventilring oder die Ventilscheibe einen nach radial nach innen ragenden Schenkel aufweist, wobei
- der Sprengring derart in Bezug auf den radial nach innen ragenden Schenkel positioniert ist, dass der radial nach innen ragenden Schenkel zwischen den beiden Schenkeln des Sprengrings angeordnet ist und den Sprengring in radialer Richtung führt.

Eine solche Konstruktion ermöglicht eine genaue Führung des Sprengrings, der die Öffnungen im Ventilring bzw. der Ventilscheibe abhängig von der Drehzahl verdeckt, in radialer Richtung entlang des Ventilrings bzw. der Ventilscheibe.
Entsprechend den bereits erwähnten Varianten, dass im Inneren der Niederdruckwelle eine weitere Welle angeordnet ist oder nicht, ist der Ventilkörper in der Ansicht von axial hinten ringförmig oder kreisförmig ausgebildet ist. Sofern im Inneren der Niederdruckwelle eine Zusatzwelle angeordnet ist, stützt sich das Ventil radial innen an der Zusatzwelle ab.
Wie erläutert umfasst das Gasturbinentriebwerk Mittel, die bei geöffnetem Ventil axial nach vorne strömende heiße Verdichterluft der Außenseite der Fanscheibe zuführen. Zur Realisierung solcher Mittel sieht eine Ausführungsvariante vor, dass in der Fanscheibe oder an diese angrenzend Öffnungen vorgesehen sind, die heiße Verdichterluft, die vom axial hinteren Ende der Niederdruckwelle durch das Ventil zum axial vorderen Ende der Niederdruckwelle strömt, der Außenseite der Fanscheibe zuführen, wobei die Außenseite der Fanscheibe den inneren Annulus des Strömungskanals durch den Fan bereitstellt.
Dabei ist es naturgemäß vorgesehen, dass die heiße Verdichterluft der Außenseite der Fanscheibe an ihrem axial vorderen Ende zugeführt wird, so dass eine Heizwirkung bzw. Temperaturerhöhung über die gesamte axiale Länge der Fanscheibe erfolgen kann. Die Heizwirkung erstreckt sich dabei typischerweise auch jeweils auf das untere Drittel der Fanschaufeln, das ebenfalls von einer möglichen Eisbildung betroffen ist.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die Öffnungen, über die die heiße Verdichterluft dem Annulus zugeführt wird, zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Fanscheibe und dem stromabwärtigen Ende eines mit der Fanscheibe verbundenen Nasenkonus ausgebildet sind. Ein Nasenkonus ist stromaufwärts der Fanscheibe auf der Rotationsachse des Fans angeordnet und lenkt die vom Triebwerkseinlauf kommende Luft in Richtung der Fanschaufeln um. Hierzu ist es bekannt, den Nasenkonus an von der Fanscheibe axial nach vorne vorstehenden Befestigungselementen zu befestigen. Beispielsweise im Bereich solcher Befestigungen können Öffnungen für den Durchtritt der heißen Verdichterluft vorgesehen sein.
Der Fan ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in BLISK-Bauweise (BLISK = „Blade Integrated Disk“) ausgeführt, d. h. die Fanscheibe und die Fanschaufeln sind integral (einstückig) ausgebildet. Bei einer solchen Ausgestaltung kommen die mit der vorliegenden Verbindung verbundenen Vorteile im besonderen Maße zum Tragen, da ein Fan in BLISK-Bauweise (Fan-BLISK) wie eingangs erläutert in besonderem Maße einer Eisbildung ausgesetzt ist.
Das Kerntriebwerk des Verdichters umfasst einen Hochdruckverdichter. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass von dem Hochdruckverdichter Zapfluft abgezweigt wird, wobei ein Teil der Zapfluft der Niederdruckturbine als Sperrluft zugeführt wird und die heiße Verdichterluft bildet, mit der das axial hintere Ende der Niederdruckwelle im Betrieb des Gasturbinentriebwerks beaufschlagt ist. Grundsätzlich kann die Zapfluft, die das axial hinteren Ende der Niederdruckwelle beaufschlagt, jedoch auch von einem anderen Verdichter, beispielsweise einem Mitteldruckverdichter (sofern vorhanden) stammen.
Die vordefinierte Drehzahl, ab der das Ventil geschlossen ist, wird gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung bei Drehzahlen erreicht wird, die im Sinkflug eines Luftfahrzeugs, in dem das Gasturbinentriebwerk installiert ist, vorliegen. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass bereits mit dem Start des Sinkflugs der Fan beheizt wird und sich aufwärmen kann, so dass in einer Phase des Sinkflugs, wenn das Luftfahrzeug durch Wolken fliegt und in besonderem Maße die Gefahr einer Eisbildung gegeben ist, der Fan dann bereits vorgeheizt ist und einer Eisbildung bereits im Ansatz entgegengewirkt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventil ausschließlich mechanisch gesteuert, d. h. der Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und umgekehrt wird allein durch mechanische Mittel in Abhängigkeit von der wirkenden Zentrifugalkraft erreicht. Dies ermöglicht eine autonome Ausführung des Ventils im Gasturbinentriebwerk ohne das Erfordernis einer Steuerung durch eine Steuereinheit.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung bezogen auf ein zylindrisches Koordinatensystem beschrieben ist, das die Koordinaten x, r und φ aufweist. Dabei gibt x die axiale Richtung, r die radiale Richtung und φ den Winkel in Umfangsrichtung an. Die axiale Richtung ist dabei durch die Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks, in dem die vorliegende Erfindung implementiert ist, definiert, wobei die axiale Richtung vom Triebwerkseingang in Richtung des Triebwerksausgangs zeigt. Von der x-Achse ausgehend zeigt die radiale Richtung radial nach außen. Begriffe wie „vor“, „hinter“, „vordere“ und „hintere“ beziehen sich auf die axiale Richtung bzw. die Strömungsrichtung im Triebwerk. Begriffe wie „äußere“ oder „innere“ beziehen sich auf die radiale Richtung.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Triebwerkskern umfassen, der eine Turbine, einen Brennraum, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Gebläse (mit Gebläseschaufeln) umfassen, das stromaufwärts des Triebwerkskerns positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Gebläse, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Eingang von der Kernwelle empfängt und Antrieb für das Gebläse zum Antreiben des Gebläses mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle abgibt. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Stirnzahnrad, erfolgen. Die Kernwelle kann mit der Turbine und dem Verdichter starr verbunden sein, so dass sich die Turbine und der Verdichter mit derselben Drehzahl drehen (wobei sich das Gebläse mit einer niedrigeren Drehzahl dreht).
Das Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Beispielsweise kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige gewünschte Anzahl an Wellen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen, aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle, die die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet, umfassen. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können dahingehend angeordnet sein, sich mit einer höheren Drehzahl als die erste Kernwelle zu drehen.
Bei solch einer Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen allgemein ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend angeordnet sein, von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, lediglich von der Kernwelle, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen, (beispielsweise nur von der ersten Kernwelle und nicht der zweiten Kernwelle bei dem obigen Beispiel) angetrieben zu werden. Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend angeordnet sein, von einer oder mehreren Wellen, beispielsweise der ersten und/oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel, angetrieben zu werden.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann ein Brennraum axial stromabwärts des Gebläses und des Verdichters (der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Brennraum direkt stromabwärts des zweiten Verdichters (beispielsweise an dessen Ausgang) liegen, wenn ein zweiter Verdichter vorgesehen ist. Als ein weiteres Beispiel kann die Strömung am Ausgang des Verdichters dem Einlass der zweiten Turbine zugeführt werden, wenn eine zweite Turbine vorgesehen ist. Der Brennraum kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln, bei denen es sich um variable Statorschaufeln (dahingehend, dass ihr Anstellwinkel variabel sein kann) handeln kann, umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Die oder jede Turbine (beispielsweise die erste Turbine und die zweite Turbine gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen. Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial voneinander versetzt sein.
Jede Gebläseschaufel kann mit einer radialen Spannweite definiert sein, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden von Gas überströmten Stelle oder an einer Position einer Spannbreite von 0 % zu einer Spitze an einer Position einer Spannbreite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann weniger als (oder in der Größenordnung von): 0,4, 0,39, 0,38, 0,37, 0,36, 0,35, 0,34, 0,33, 0,32, 0,31, 0,3, 0,29, 0,28, 0,27, 0,26 oder 0,25 liegen. Das Verhältnis des Radius der Gebläseschaufel an der Nabe zu dem Radius der Gebläseschaufel an der Spitze kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Diese Verhältnisse können allgemeinhin als das Nabe-Spitze-Verhältnis bezeichnet werden. Der Radius an der Nabe und der Radius an der Spitze können beide an dem vorderen Randteil (oder dem axial am weitesten vorne liegenden Rand) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Gebläseschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Gebläses kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Gebläseschaufel an ihrem vorderen Rand gemessen werden. Der Durchmesser des Gebläses (der einfach das Doppelte des Radius des Gebläses sein kann) kann größer als (oder in der Größenordnung von): 250 cm (etwa 100 Inch), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Inch), 280 cm (etwa 110 Inch), 290 cm (etwa 115 Inch), 300 cm (etwa 120 Inch), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Inch), 330 cm (etwa 130 Inch), 340 cm (etwa 135 Inch), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Inch), 370 cm (etwa 145 Inch), 380 cm (etwa 150 Inch) oder 390 cm (etwa 155 Inch) sein (liegen). Der Gebläsedurchmesser kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Gebläses kann im Gebrauch variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Gebläse mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen weniger als 2500 U/min, beispielsweise weniger als 2300 U/min, betragen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann auch die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 250 cm bis 300 cm (beispielsweise 250 cm bis 280 cm) im Bereich von 1700 U/min bis 2500 U/min, beispielsweise im Bereich von 1800 U/min bis 2300 U/min, beispielsweise im Bereich von 1900 U/min bis 2100 U/min, liegen. Lediglich als ein weiteres nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Gebläses bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Gebläsedurchmesser im Bereich von 320 cm bis 380 cm in dem Bereich von 1200 U/min bis 2000 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1300 U/min bis 1800 U/min, beispielsweise in dem Bereich von 1400 U/min bis 1600 U/min, liegen.
Im Gebrauch des Gasturbinentriebwerks dreht sich das Gebläse (mit zugehörigen Gebläseschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Gebläseschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Gebläseschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Gebläsespitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über das Gebläse hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Gebläsespitze, beispielsweise an dem vorderen Rand der Spitze, ist (die als Gebläsespitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Gebläsespitzenbelastung bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann mehr als (oder in der Größenordnung von): 0,3, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34, 0,35, 0,36, 0,37, 0,38, 0,39 oder 0,4 betragen (liegen) (wobei alle Einheiten in diesem Abschnitt Jkg^-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/oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Gebläses zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in den Brennraum) definiert werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei Konstantgeschwindigkeit mehr als (oder in der Größenordnung von): 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75 betragen (liegen). Das Gesamtdruckverhältnis kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Der spezifische Schub eines Triebwerks kann als der Nettoschub des Triebwerks dividiert durch den Gesamtmassenstrom durch das Triebwerk hindurch definiert werden. Bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen kann der spezifische Schub eines Triebwerks, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, weniger als (oder in der Größenordnung von): 110 Nkg^-1s, 105 Nkg^-1s, 100 Nkg^-1s, 95 Nkg^-1s, 90 Nkg^-1s, 85 Nkg^-1s oder 80 Nkg^-1s betragen (liegen). Der spezifische Schub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Solche Triebwerke können im Vergleich zu herkömmlichen Gasturbinentriebwerken besonders effizient sein.
Ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen beliebigen gewünschten Höchstschub aufweisen. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, zur Erzeugung eines Höchstschubs von mindestens (oder in der Größenordnung von): 160kN, 170kN, 180kN, 190kN, 200kN, 250kN, 300kN, 350kN, 400kN, 450kN, 500kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Der Schub, auf den oben Bezug genommen wird, kann der Nettohöchstschub bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen auf Meereshöhe plus 15 Grad C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 Grad C) bei statischem Triebwerk sein.
Im Gebrauch kann die Temperatur der Strömung am Eingang der Hochdruckturbine besonders hoch sein. Diese Temperatur, die als TET bezeichnet werden kann, kann an dem Ausgang zum Brennraum, beispielsweise unmittelbar stromaufwärts der ersten Turbinenschaufel, die wiederum als eine Düsenleitschaufel bezeichnet werden kann, gemessen werden. Bei Konstantgeschwindigkeit kann die TET mindestens (oder in der Größenordnung von): 1400K, 1450K, 1500K, 1550K, 1600K oder 1650K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET im Gebrauch des Triebwerks kann beispielsweise mindestens (oder in der Größenordnung von): 1700K, 1750K, 1800K, 1850K, 1900K, 1950K oder 2000K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem einschließenden Bereich liegen, der von zwei der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden). Die maximale TET kann beispielsweise bei einer Bedingung von hohem Schub, beispielsweise bei einer MTO-Bedingung (MTO - Maximum Take-Off thrust - maximaler Startschub), auftreten.
Eine Gebläseschaufel und/oder ein Blattabschnitt einer Gebläseschaufel, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann aus einem beliebigen geeigneten Material oder einer Kombination aus Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Verbundstoff, beispielsweise einem Metallmatrix-Verbundstoff und/oder einem Verbundstoff mit organischer Matrix, wie z. B. Kohlefaser, hergestellt werden. Als ein weiteres Beispiel kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufel und/oder des Blatts zumindest zum Teil aus einem Metall, wie z. B. einem auf Titan basierendem Metall oder einem auf Aluminium basierenden Material (wie z. B. einer Aluminium-Lithium-Legierung) oder einem auf Stahl basierenden Material hergestellt werden. Die Gebläseschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Gebläseschaufel einen vorderen Schutzrand aufweisen, der unter Verwendung eines Materials hergestellt wird, das dem Aufschlagen (beispielsweise von Vögeln, Eis oder anderem Material) besser widerstehen kann als der Rest der Schaufel. Solch ein vorderer Rand kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Gebläseschaufel lediglich als ein Beispiel einen auf Kohlefaser oder Aluminium basierenden Körper (wie z. B. eine Aluminium-Lithium-Legierung) mit einem vorderen Rand aus Titan aufweisen.
Ein Gebläse, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Gebläseschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Gebläseschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Gebläseschaufel eine Fixierungsvorrichtung umfassen, die mit einem entsprechenden Schlitz in der Nabe (oder Scheibe) in Eingriff gelangen kann. Lediglich als ein Beispiel kann solch eine Fixierungsvorrichtung in Form eines Schwalbenschwanzes vorliegen, der zur Fixierung der Gebläseschaufel an der Nabe/Scheibe in einen entsprechenden Schlitz in der Nabe/Scheibe eingesteckt und/oder damit in Eingriff gebracht werden kann. Als ein weiteres Beispiel können die Gebläseschaufeln integral mit einem mittleren Abschnitt ausgebildet sein. Solch eine Anordnung kann als eine Blisk oder ein Bling bezeichnet werden. Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann zur Herstellung solch einer Blisk oder solch eines Bling verwendet werden. Beispielsweise kann zumindest ein Teil der Gebläseschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Gebläseschaufeln kann durch Schweißen, wie z. B. lineares Reibschweißen, an der Nabe/Scheibe angebracht werden.
Die Gasturbinentriebwerke, die hier beschrieben und/oder beansprucht werden, können oder können nicht mit einer VAN (Variable Area Nozzle - Düse mit variablem Querschnitt) versehen sein. Solch eine Düse mit variablem Querschnitt kann eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals im Gebrauch gestatten. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Das Gebläse einer Gasturbine, die hier beschrieben und/oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Gebläseschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Gebläseschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können herkömmlicherweise als die Bedingungen während des mittleren Teils des Flugs definiert werden, beispielsweise die Bedingungen, denen das Luftfahrzeug und/oder das Triebwerk zwischen (hinsichtlich Zeit und/oder Entfernung) dem Ende des Steigflugs und dem Beginn des Sinkflugs ausgesetzt wird bzw. werden.
Lediglich als ein Beispiel kann die Vorwärtsgeschwindigkeit bei der Konstantgeschwindigkeitsbedingung bei einem beliebigen Punkt im Bereich von Mach 0,7 bis 0,9, beispielsweise 0,75 bis 0,85, beispielsweise 0,76 bis 0,84, beispielsweise 0,77 bis 0,83, beispielsweise 0,78 bis 0,82, beispielsweise 0,79 bis 0,81, beispielsweise in der Größenordnung von Mach 0,8, in der Größenordnung von Mach 0,85 oder in dem Bereich von 0,8 bis 0,85 liegen. Eine beliebige Geschwindigkeit innerhalb dieser Bereiche kann die Konstantfahrtbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantfahrtbedingungen außerhalb dieser Bereiche, beispielsweise unter Mach 0,7 oder über Mach 0,9, liegen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer Höhe, die im Bereich von 10.000 m bis 15.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.000 m bis 12.000 m, beispielsweise im Bereich von 10.400 m bis 11.600 m (etwa 38.000 Fuß) beispielsweise im Bereich von 10.500 m bis 11.500 m, beispielsweise im Bereich von 10.600 m bis 11.400 m, beispielsweise im Bereich von 10.700 m (etwa 35.000 Fuß) bis 11.300 m, beispielsweise im Bereich von 10.800 m bis 11.200 m, beispielsweise im Bereich von 10.900 m bis 11.100 m, beispielsweise in der Größenordnung von 11.000 m, liegt, entsprechen. Die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen bei einer beliebigen gegebenen Höhe in diesen Bereichen entsprechen.
Lediglich als ein Beispiel können die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen Folgendem entsprechen: einer Vorwärts-Mach-Zahl von 0,8; einem Druck von 23.000 Pa und einer Temperatur von -55 Grad C.
So wie sie hier durchweg verwendet werden, können „Konstantgeschwindigkeit“ oder „Konstantgeschwindigkeitsbedingungen“ den aerodynamischen Auslegungspunkt bedeuten. Solch ein aerodynamischer Auslegungspunkt (oder ADP - Aerodynamic Design Point) kann den Bedingungen (darunter beispielsweise die Mach-Zahl, Umgebungsbedingungen und Schubanforderung), für die der Gebläsebetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen das Gebläse (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Gebrauch kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und/oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeitsbedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise 2 oder 4) Gasturbinentriebwerk zur Bereitstellung von Schubkraft befestigt sein kann, bestimmt werden.
Für den Fachmann ist verständlich, dass ein Merkmal oder Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der obigen Aspekte beschrieben wird, bei einem beliebigen anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Des Weiteren kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, bei einem beliebigen Aspekt angewendet werden und/oder mit einem beliebigen anderen Merkmal oder Parameter, das bzw. der hier beschrieben wird, kombiniert werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk;
4 Abschnitte eines Gasturbinentriebwerks ohne Planetengetriebe gemäß dem Stand der Technik, wobei das Gasturbinentriebwerk eine Niederdruckwelle umfasst, die die Niederdruckturbine des Gasturbinentriebwerks mit dem Fan gekoppelt und die Niederdruckwelle an ihren axial hinteren Ende gasdicht verschlossen ist;
5 Abschnitte eines Ausführungsbeispiels eines Gasturbinentriebwerks, wobei das Gasturbinentriebwerk eine Niederdruckwelle umfasst, die die Niederdruckturbine des Gasturbinentriebwerks mit dem Fan gekoppelt und die Niederdruckwelle innenseitig mit einem Ventil versehen ist, das ab einer vordefinierten Drehzahl der Niederdruckwelle schließt;
6 in einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung ein Ausführungsbeispiel des Ventils des Gasturbinentriebwerks der 5; und
7 in einer geöffneten und in einer geschlossenen Stellung ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ventils des Gasturbinentriebwerks der 5.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und ein Schubgebläse bzw. Fan 23, das zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in Axialströmungsreihenfolge einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernschubdüse 20. Eine Triebwerksgondel 21 umgibt das Gasturbinentriebwerk 10 und definiert einen Bypasskanal 22 und eine Bypassschubdüse 18. Der Bypassluftstrom B strömt durch den Bypasskanal 22. Das Gebläse 23 ist über eine Welle 26 und ein Epizykloidengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
Im Gebrauch wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung erfolgt. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 ausgestoßene verdichtete Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt wird und das Gemisch verbrannt wird. Die resultierenden heißen Verbrennungsprodukte breiten sich dann durch die Hochdruck- und die Niederdruckturbine 17, 19 aus und treiben diese dadurch an, bevor sie zur Bereitstellung einer gewissen Schubkraft durch die Düse 20 ausgestoßen werden. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 durch eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Das Gebläse 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das Epizykloidengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebegebläse-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 der Epizykloidengetriebeanordnung 30 gekoppelt ist. Mehrere Planetenräder 32, die durch einen Planetenträger 34 miteinander gekoppelt sind, befinden sich von dem Sonnenrad 28 radial außen und kämmen damit. Der Planetenträger 34 beschränkt die Planetenräder 32 darauf, synchron um das Sonnenrad 28 zu kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Gebläse 23 dahingehend gekoppelt, seine Drehung um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Ein Außenrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer stationären Stützstruktur 24 gekoppelt ist, befindet sich von den Planetenrädern 32 radial außen und kämmt damit.
Es wird angemerkt, dass die Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“, so wie sie hier verwendet werden, so aufgefasst werden können, dass sie die Turbinenstufe mit dem niedrigsten Druck bzw. die Verdichterstufe mit dem niedrigsten Druck (d. h. dass sie nicht das Gebläse 23 umfassen) und/oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die das Gebläse 23 antreibt, umfasst) miteinander verbunden sind, bedeuten. In einigen Schriften können die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, alternativ dazu als die „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bekannt sein. Bei der Verwendung derartiger alternativer Nomenklatur kann das Gebläse 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das Epizykloidengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne um ihre Peripherie zum Kämmen mit den anderen Zahnrädern. Jedoch werden der Übersichtlichkeit halber lediglich beispielhafte Abschnitte der Zähne in 3 dargestellt. Obgleich vier Planetenräder 32 dargestellt werden, liegt für den Fachmann auf der Hand, dass innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung mehr oder weniger Planetenräder 32 vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Epizykloidengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte Epizykloidengetriebe 30 ist ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Gestänge 36 mit einer Ausgangswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 festgelegt ist. Jedoch kann eine beliebige andere geeignete Art von Epizykloidengetriebe 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Epizykloidengetriebe 30 eine Sternanordnung sein, bei der der Planetenträger 34 festgelegt gehalten wird, wobei gestattet wird, dass sich das Hohlrad (oder Außenrad) 38 dreht. Bei solch einer Anordnung wird das Gebläse 23 von dem Hohlrad 38 angetrieben. Als ein weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differenzialgetriebe sein, bei dem gestattet wird, dass sich sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehen.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Lediglich beispielhaft kann eine beliebige geeignete Anordnung zur Positionierung des Getriebes 30 in dem Triebwerk 10 und/oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Triebwerk 10 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel können die Verbindungen (z. B. die Gestänge 36, 40 in dem Beispiel von 2) zwischen dem Getriebe 30 und anderen Teilen des Triebwerks 10 (wie z. B. der Eingangswelle 26, der Ausgangswelle und der festgelegten Struktur 24) einen gewissen Grad an Steifigkeit oder Flexibilität aufweisen. Als ein weiteres Beispiel kann eine beliebige geeignete Anordnung der Lager zwischen rotierenden und stationären Teilen des Triebwerks (beispielsweise zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes und den festgelegten Strukturen, wie z. B. dem Getriebegehäuse) verwendet werden, und die Offenbarung ist nicht auf die beispielhafte Anordnung von 2 beschränkt. Beispielsweise ist für den Fachmann ohne Weiteres erkenntlich, dass sich die Anordnung von Ausgang und Stützgestängen und Lagerpositionierungen bei einer Sternanordnung (oben beschrieben) des Getriebes 30 in der Regel von jenen, die beispielhaft in 2 gezeigt werden, unterscheiden würden.
Entsprechend dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung der Getriebearten (beispielsweise sternförmig oder planetenartig), Stützstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerpositionierungen aus.
Optional kann das Getriebe Neben- und/oder alternative Komponenten (z. B. den Mitteldruckverdichter und/oder einen Nachverdichter) antreiben.
Andere Gasturbinentriebwerke, bei denen die vorliegende Offenbarung Anwendung finden kann, können alternative Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können derartige Triebwerke eine alternative Anzahl an Verdichtern und/oder Turbinen und/oder eine alternative Anzahl an Verbindungswellen aufweisen. Als ein weiteres Beispiel weist das in 1 gezeigte Gasturbinentriebwerk eine Teilungsstromdüse 20, 22 auf, was bedeutet, dass der Strom durch den Bypasskanal 22 seine eigene Düse aufweist, die von der Triebwerkskerndüse 20 separat und davon radial außen ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend und ein beliebiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann auch auf Triebwerke zutreffen, bei denen der Strom durch den Bypasskanal 22 und der Strom durch den Kern 11 vor (oder stromaufwärts) einer einzigen Düse, die als eine Mischstromdüse bezeichnet werden kann, vermischt oder kombiniert werden. Eine oder beide Düsen (ob Misch- oder Teilungsstrom) kann einen festgelegten oder variablen Bereich aufweisen. Obgleich sich das beschriebene Beispiel auf ein Turbogebläsetriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor- (bei dem die Gebläsestufe nicht von einer Triebwerksgondel umgeben wird) oder einem Turboprop-Triebwerk, angewendet werden. Bei einigen Anordnungen umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 möglicherweise kein Getriebe 30.
Die Geometrie des Gasturbinentriebwerks 10 und Komponenten davon wird bzw. werden durch ein herkömmliches Achsensystem definiert, das eine axiale Richtung (die auf die Drehachse 9 ausgerichtet ist), eine radiale Richtung (in der Richtung von unten nach oben in 1) und eine Umfangsrichtung (senkrecht zu der Ansicht in 1) umfasst. Die axiale, die radiale und die Umfangsrichtung verlaufen senkrecht zueinander.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der mit der Niederdruckturbine 19 gekoppelten Welle 26, die nachfolgend als Niederdruckwelle 26 bezeichnet wird, von Bedeutung. Die Niederdruckwelle 26 kann dabei den Fan 23 entsprechend der Ausgestaltung der 1-3 indirekt über ein Planetengetriebe 30 antreiben. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Niederdruckwelle 26 den Fan 23 direkt antreibt, wenn das Gasturbinentriebwerk ohne ein Planetengetriebe 30 ausgebildet wird. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen den zweiten Fall einer direkten Kopplung zwischen der Niederdruckwelle 26 und dem Fan 23. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gelten jedoch in entsprechender Weise für ein Gasturbinentriebwerk mit Planetengetriebe.
Zunächst wird zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung ein weiteres Gasturbinentriebwerk gemäß dem Stand der Technik erläutert. Das Gasturbinentriebwerk 10 der 4 ist grundsätzlich in ähnlicher Weise wie das Gasturbinentriebwerk der 1 und 2 aufgebaut, weist jedoch kein Planetengetriebe auf. Die Darstellung der 4 zeigt dabei nur einen axial vorderen Abschnitt und einen axial hinteren Abschnitt des Gasturbinentriebwerks 10. Der dazwischenliegende Abschnitt ist nicht dargestellt und symbolisch durch die Linie D ersetzt.
Im axial vorderen Abschnitt des Gasturbinentriebwerks ist ein in BLISK-Bauweise ausgebildeter Fan 23 dargestellt, der eine Fanscheibe 231 aufweist, an deren Außenseite 2310 eine Mehrzahl von Fanschaufeln 232 in an sich bekannter Weise angeordnet sind. Die Außenseite 2310 des Fans 23 bildet dabei den inneren Annulus des Strömungspfads durch den Fan 23. Stromaufwärts des Fans 23 ist ein Nasenkonus 6 angeordnet und über Befestigungsschrauben 61 an von der Fanscheibe 231 axial nach vorne vorstehenden Befestigungselementen befestigt.
Ebenfalls dargestellt in der 4 sind der axial vordere Bereich und der axial hintere Bereich einer Niederdruckwelle 26 des Gasturbinentriebwerks. Die Niederdruckwelle 26 umfasst ein axial vorderes Ende 261 und ein axial hinteres Ende 262. Sie ist an ihrem axial vorderen Ende 261 über Befestigungselemente 91 drehfest mit der Fanscheibe 231 verbunden.
Der axial hintere Abschnitt des Gasturbinentriebwerks der 4 zeigt den Bereich der Niederdruckturbine 19, die eine Mehrzahl von Turbinenstufen umfasst, wobei der Rotor zumindest einer Turbinenstufe drehfest über Befestigungsmittel 92 mit der Niederdruckwelle 26 gekoppelt ist, so dass die mit der Niederdruckturbine 19 gekoppelte Niederdruckwelle 26 den Fan 23 antreibt.
Durch die Niederdruckturbine 19 verläuft der Hauptströmungskanal 93 durch das Kerntriebwerk. Es ist bekannt und vorgesehen, unerwünschte, da den Wirkungsgrad reduzierende und den Treibstoffverbrauch erhöhende Leckageverluste aus dem Hauptströmungskanal 93 dadurch zu reduzieren, dass die Dichtungen jeweils zwischen Rotor und Stator mit Sperrluft 70 beaufschlagt werden, die als Zapfluft einer oder mehreren Verdichterstufen eines Verdichters, insbesondere des Hochdruckverdichters entnommen wird. Diese Sperrluft 70 liegt mit erhöhtem Druck in einem hinteren Bereich 90 des Gasturbinentriebwerks und damit auch an dem axial hinteren Ende 262 der Niederdruckwelle 26 an. Um zu verhindern, dass die das hintere Ende 262 der Niederdruckwelle 26 beaufschlagende Verdichterluft in das Innere der Niederdruckwelle 26 eindringt, ist diese mit einem Verschlussring 263 verschlossen. Denn ein Entweichen von Verdichterluft bzw. Sperrluft 70 über die Niederdruckwelle 26 würde die Abdichtwirkung der Sperrluft 70 am Hauptströmungskanal 93 reduzieren und damit den Kraftstoffverbrauch erhöhen.
Die 5 zeigt in gleicher Darstellung wie die 4 ein Ausführungsbeispiel eines Gasturbinentriebwerks. Der Unterschied gegenüber dem Gasturbinentriebwerk der 4 besteht darin, dass der Verschlussring 263 der 4 durch ein Ventil 4 ersetzt ist, das in der 5 lediglich schematisch dargestellt ist und anhand der 6 und 7 an zwei Ausführungsbeispielen weitergehend erläutert wird.
Das Ventil 4 ist dabei als federbelastetes Ventil ausgebildet, das in Abhängigkeit von der Drehzahl der Niederdruckwelle 26 öffnet oder schließt. Dabei ist vorgesehen, dass das Ventil 4 ab einer vordefinierten Drehzahl schließt und im geschlossenen Zustand verhindert, dass heiße Verdichterluft 71 durch die Niederdruckwelle 26 axial nach vorne strömen kann. Unterhalb der vordefinierten Drehzahl ist das Ventil 4 dagegen geöffnet. Im geöffneten Zustand des Ventils 4 strömt die heiße Verdichterluft 71 vom axial hinteren Ende 262 in der Niederdruckwelle 26 zum axial vorderen Ende 261 der Niederdruckwelle 26.
Das Öffnen oder Schließen des Ventils 4 erfolgt somit abhängig von der Drehzahl, nämlich in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft, die auf das Ventil 4 wird. Das Ventil 4 ist dabei derart ausgebildet, dass es bei Stillstand der Niederdruckwelle 26 und bei niedrigen Drehzahlen geöffnet ist. Mit zunehmender Drehzahl und entsprechend zunehmender, auf das Ventil 4 wirkender Zentrifugalkraft wird das Ventil entgegen seiner Federkraft in die geschlossene Stellung verschoben, bis es ab der vordefinierten Drehzahl die Ventilöffnung zur Niederdruckwelle 26 vollständig verschließt.
Sofern das Ventil 4 sich im geöffneten Zustand befindet, strömt die druckbehaftete Verdichterluft 71 durch das Innere der Niederdruckwelle 26 axial nach vorne in einen Bereich 95, der radial innen zur Fanscheibe 231 ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass angrenzend an die Vorderkante der Fanscheibe 231 Mittel 5 ausgebildet sind, die es ermöglichen, dass die heiße Verdichterluft 71 aus dem Bereich 95 strömt und der Außenseite 2310 der Fanscheibe 231 zugeführt wird, um diese und den unteren Bereich der Fanschaufeln 232 zu beheizen.
Diese Mittel 5 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Öffnungen 50 bereitgestellt, die sich zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Fanscheibe 231 und dem stromabwärtigen Ende des Nasenkonus 6 erstrecken. Es kann sich dabei um einzelne Öffnungen, die in Umfangsrichtung aneinander anschließen, oder um einen durchgehenden Spalt handeln.
Da das Ventil 4 bei höheren Drehzahlen schließt, ist sichergestellt, dass ein Beheizen der Fanscheibe 231 nur bei definierten Betriebszuständen vorliegt, so dass ein erhöhter Kraftstoffbedarf nur bei solchen Betriebszuständen, nicht jedoch grundsätzlich gegeben ist. Das Vermeiden einer alternativ denkbaren kontinuierlichen Beheizung der Fanscheibe 231 durch Verdichterluft 71 ist neben einer nur geringen Erhöhung im Kraftstoffverbrauch mit dem weiteren Vorteil verbunden, dass der Nasenkonus 6 nicht auf zu hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Abhängig vom Material des Nasenkonus 6 kann dieser beispielsweise für Temperaturen bis maximal 120° ausgelegt sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei dem Gasturbinentriebwerke der 5 im Inneren der Niederdruckwelle 26 koaxial eine Zusatzwelle 29 verläuft, die mit gleicher Drehgeschwindigkeit mit der Niederdruckwelle 26 rotiert. Die Zusatzwelle 29 stellt eine Sicherungswelle für den Fall eines Wellenbruchs bereit. Derartige Zusatzwellen 29 sind an sich bekannt. Aufgrund der Existenz der Zusatzwelle 29 stützt sich das Ventil 4 radial innen an der Außenseite der Zusatzwelle 29 ab. Die Existenz einer Zusatzwelle 29 ist jedoch optional. Sofern die Zusatzwelle 29 nicht vorhanden ist, erstreckt sich das Ventil 4 über den gesamten, dann kreisförmigen Querschnitt der Niederdruckwelle 26.
Die 6 zeigt beispielhaft und schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des Ventils 4, wobei das Ventil 4 in der Darstellung rechts oben der 6 im geschlossenen Zustand und in der Darstellung rechts unten der 6 im geöffneten Zustand dargestellt ist. Das Ventil 4 umfasst einen Ventilkörper 41, der radial innen an der Zusatzwelle 29 und radial außen an der Innenseite 261 der Niederdruckwelle 26 anliegt. Dabei können nicht dargestellte Rast-, Anschlag- und/oder Befestigungsmittel vorgesehen sein, um den Ventilkörper 41 fest im Inneren der Niederdruckwelle 26 zu positionieren.
Der Ventilkörper 41 weist einen schräg verlaufenden Abschnitt auf, in dem eine Ventilöffnung 42 ausgebildet ist. Die Schnittdarstellung der 6 zeigt dabei nur eine Ventilöffnung 42. Es können eine Vielzahl solcher Ventilöffnungen 42 in Umfangsrichtung beabstandet im Ventilkörper 41 ausgebildet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ventilkörper 41 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Das Ventil 4 umfasst des Weiteren eine Blattfeder 43. Die Blattfeder 43 weist ein erstes Blattfederende 431 auf, das an dem Ventilkörper 41 angelenkt ist. Weiter weist die Blattfeder 43 ein zweites Blattfederende 432 auf, an dem es einen radial nach außen ragenden Vorsprung 433 ausbilden. Der Vorsprung 433 bildet das Verschlussteil des Ventils 4 und weist Fasen 434 auf, die eine Dichtfläche des Vorsprung 433 bilden.
Die Blattfeder 43 weist eine Eigenspannung derart auf, dass sie bei Abwesenheit äußerer Kräfte sich in horizontaler Richtung erstreckt, wie in der 6 rechts unten dargestellt ist. Mit zunehmender Drehzahl der Niederdruckwelle 26 wird die Blattfeder 43 und insbesondere der Vorsprung 433 radial nach außen gebogen, bis der Vorsprung 433 in der Ventilöffnung 42 zur Anlage kommt und diese verschließt. Bei geringen Drehzahlen ist die Ventilöffnung 42 somit geöffnet, so dass heiße Verdichterluft 71 durch sie durchströmen kann. Bei hohen Drehzahlen, die über der vordefinierten Drehzahl liegen, wird die Ventilöffnung 42 aufgrund der auf die Blattfeder 43 wirkenden Zentrifugalkraft dagegen verschlossen.
Die Blattfeder 43 kann aus Einzelfedern bestehen, die in Umfangsrichtung jeweils durch Spalte voneinander getrennt sind wobei die Anzahl der Einzelfedern der Anzahl der zu schließenden Öffnungen 42 entspricht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Ventil 4 der 5 ist in der 7 dargestellt, wobei die 7 in der Darstellung rechts oben das Ventil im geschlossenen Zustand und in der Darstellung rechts unten das Ventil im geöffneten Zustand darstellt.
Das Ventil 4 umfasst einen Ventilring 45, der sich in radialer Richtung im Inneren der Niederdruckwelle 26 erstreckt. Der Ventilring 45 stützt sich dabei an seinem radial äußeren Ende 251 an der Innenwand 261 der Niederdruckwelle 26 ab. An seinem radial inneren Ende 252 stützt sich der Ventilring 45 an der Zusatzwelle 29 ab. Dabei können nicht dargestellte Rast-, Anschlag- und/oder Befestigungsmittel vorgesehen sein, um den Ventilring 45 fest im Inneren der Niederdruckwelle 26 zu positionieren. Auch wird darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass keine Zusatzwelle 29 vorhanden ist, der Ventilring 45 eine Scheibe bildet, die sich an ihrem Außenrand an der Innenwand 261 der Niederdruckwelle 26 abstützt.
Der Ventilring 45 umfasst eine Mehrzahl von Ventilöffnungen 46, die in Umfangsrichtung beabstandet im Ventilring 45 ausgebildet sind. Beispielsweise handelt es sich um kreisförmige Ventilöffnungen 46. Um die Ventilöffnungen 46 bei hohen Drehzahlen der Niederdruckwelle 26 und damit das Ventil 4 zu schließen, umfasst das Ventil 4 des Weiteren einen Sprengring 47, dessen radiale Position von der Drehzahl der Niederdruckwelle 26 abhängt. Dabei bilden die in Umfangsrichtung aneinander angrenzenden Enden des Sprengring 47 zwischen sich einen Spalt aus, der sich mit zunehmender Drehzahl aufgrund der auf den Sprengring 47 wirkenden Zentrifugalkraft aufgeweitet. Damit einher geht eine Verschiebung des Sprengring 47 radial nach außen, so dass der Sprengring ab der vordefinierten Drehzahl die Öffnungen 46 verschließt.
Zur Führung des Springrings 47 am Ventilring 45 bildet der Ventilring 45 mit einem axialen Schenkel 453 einen axialen Versatz aus, an dessen Ende der Ventilring 45 einen nach radial nach innen ragenden weiteren Schenkel 455 ausbildet. Dieser Schenkel 455 dient der Führung des Sprengring 47 in radialer Richtung. Hierzu ist der Sprengring 47 derart ausgebildet, dass er im Querschnitt U-förmig geformt und dabei zwei in axialer Richtung beabstandete, in radialer Richtung verlaufende Schenkel 471, 472 aufweist, die durch eine Basis 473 miteinander verbunden sind. Das durch den Sprengring 47 auf diese Weise gebildete U ist nach radial außen offen. Der Schenkel 445 des Ventilrings 45 greift dabei in das durch den Sprengring 47 gebildete U ein und erstreckt sich dementsprechend zwischen den beiden Schenkeln 471, 472. Hierdurch wird erreicht, dass der Sprengring 47 sich mit zunehmender Drehzahl in kontrollierter und definierter Weise aufgeweitet, um die Öffnungen 46 zu verdecken und das Ventil 4 in den geschlossenen Zustand zu überführen.
Die Ausführungsbeispiele der 6 und 7 stellen Beispiele für federbelastete Ventile dar, die eine Ventilöffnung ab einer vordefinierten Drehzahl der Niederdruckwelle verschließen. Die Ventile werden dabei allein mechanisch in Abhängigkeit von der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft betätigt.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Des Weiteren können beliebige der Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, und die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale, die hier beschrieben werden, aus und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.

Claims

Gasturbinentriebwerk (10), das aufweist: - einen Triebwerkskern (11), der mindestens einen Verdichter (15), eine Brennkammer (16), eine Hochdruckturbine (17) und eine Niederdruckturbine (19) umfasst, - einen stromaufwärts des Triebwerkskerns (11) angeordneten Fan (23), der eine Fanscheibe (231) und mit der Fanscheibe (231) verbundene Fanschaufeln (232) umfasst, und - eine als Hohlwelle ausgebildete Niederdruckwelle (26), die mit der Niederdruckturbine (19) gekoppelt ist und die den Fan (23) antreibt, - wobei die Niederdruckwelle (26) ein axial vorderes Ende (261) und ein axial hinteres Ende (262) aufweist, wobei das axial hintere Ende (262) im Betrieb des Gasturbinentriebwerks (10) mit heißer Verdichterluft (71) beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in das Innere der Niederdruckwelle (26) ein Ventil (4) integriert ist, das dazu vorgesehen und ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der Drehzahl der Niederdruckwelle (26) zu öffnen oder zu schließen, wobei das Ventil (4) ab einer vordefinierten Drehzahl geschlossen und unterhalb dieser Drehzahl geöffnet ist, und wobei das Ventil (4) weiter dazu ausgebildet ist, o im geöffneten Zustand die heiße Verdichterluft (71), die das axial hintere Ende (262) der Niederdruckwelle (26) beaufschlagt, vom axial hinteren Ende (262) der Niederdruckwelle (26) zum axial vorderen Ende (261) der Niederdruckwelle (26) strömen zu lassen, und o im geschlossenen Zustand die heiße Verdichterluft (71), die das axial hintere Ende (262) der Niederdruckwelle (26) beaufschlagt, daran zu hindern, durch die Niederdruckwelle (26) zu strömen, - das Gasturbinentriebwerk Mittel (5) umfasst, die bei geöffnetem Ventil (4) axial nach vorne strömende heiße Verdichterluft (71) der Außenseite (2310) der Fanscheibe (231) zuführen.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) als federbelastetes Ventil ausgebildet ist, das ab der vordefinierten Drehzahl schließt.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) einen Ventilkörper (41), eine Öffnung (42) im Ventilkörper (41) und eine Blattfeder (43) umfasst, wobei die Blattfeder (43) in axialer Richtung verläuft und dazu ausgebildet ist, - bei geringen Drehzahlen, die unter der vordefinierten Drehzahl liegen, von der Öffnung (42) im Ventilkörper (41) beabstandet zu sein, und - bei hohen Drehzahlen, die über der vordefinierten Drehzahl liegen, durch die auf sie wirkende Zentrifugalkraft die Öffnung (42) im Ventilkörper (41) zu verschließen.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (43) ein an den Ventilkörper (41) angelenktes, erstes Blattfederende (431) und ein vom Ventilkörper (41) entferntes, zweites Blattfederende (432) aufweist, wobei das zweite Blattfederende (432) einen Vorsprung (433) aufweist, der ein Verschlussteil des Ventils (4) bildet, das ab der vordefinierten Drehzahl die Öffnung (42) im Ventilkörper (41) verschließt.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtfläche des Vorsprungs (433) durch am Vorsprung (433) ausgebildete Fasen (434) gebildet ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) einen mit mindestens einer Öffnung (46) versehenen Ventilring (45) oder eine mit mindestens einer Öffnung versehene Ventilscheibe umfasst, der/die sich in radialer Richtung im Inneren der Niederdruckwelle (26) erstreckt und dessen/deren radial äußeres Ende (451) an der Innenwand (261) der Niederdruckwelle (26) anliegt, wobei das Ventil (4) Federmittel (47) umfasst, die in Abhängigkeit von der Drehzahl die mindestens eine Öffnung (46) verschließen oder freigeben.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (47) als Sprengring ausgebildet sind, dessen Enden zwischen sich in Umfangsrichtung einen Spalt ausbilden, wobei der Sprengring (47) sich mit zunehmender Drehzahl aufgrund der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft aufweitet und ab der vordefinierten Drehzahl eine Form einnimmt, in der er die mindestens eine Öffnung (46) verschließt.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der Sprengring (47) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und zwei in axialer Richtung beabstandete, in radialer Richtung verlaufende Schenkel (471, 472) aufweist, die durch eine Basis (473) miteinander verbunden sind, wobei das durch den Sprengring (47) gebildete U nach radial außen offen ist, - der Ventilring (45) oder die Ventilscheibe einen nach radial nach innen ragenden Schenkel (455) aufweist, und - der Sprengring (47) derart in Bezug auf den radial nach innen ragenden Schenkel (455) positioniert ist, dass der radial nach innen ragenden Schenkel (455) zwischen den beiden Schenkeln (471, 472) des Sprengrings (47) angeordnet ist und den Sprengring (47) in radialer Richtung führt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (4) in der Ansicht von axial hinten ringförmig oder kreisförmig ausgebildet ist.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Niederdruckwelle (26) eine mitrotierende Zusatzwelle (29) angeordnet ist, wobei das Ventil (4) sich radial innen an der Zusatzwelle (29) abstützt.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Fanscheibe (231) oder an diese angrenzend Öffnungen (50) vorgesehen sind, die heiße Verdichterluft (71), die vom axial hinteren Ende (262) der Niederdruckwelle (26) durch das Ventil (4) zum axial vorderen Ende (261) der Niederdruckwelle (26) strömt, der Außenseite (2310) der Fanscheibe (231) zuführen.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (50) zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Fanscheibe (231) und dem stromabwärtigen Ende eines mit der Fanscheibe (231) verbundenen Nasenkonus (6) ausgebildet sind.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fan (23) in BLISK-Bauweise ausgeführt ist.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verdichter (15) einen Hochdruckverdichter umfasst, von dem Zapfluft abgezweigt wird, wobei ein Teil der Zapfluft der Niederdruckturbine (19) als Sperrluft zugeführt wird und die heiße Verdichterluft (71) bildet, mit der das axial hintere Ende (262) der Niederdruckwelle (26) im Betrieb des Gasturbinentriebwerks beaufschlagt ist.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Drehzahl, ab der das Ventil (4) geschlossen ist, bei Drehzahlen erreicht wird, die im Sinkflug eines Luftfahrzeugs, in dem das Gasturbinentriebwerk installiert ist, vorliegen.
Gasturbinentriebwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (4) ausschließlich mechanisch in Abhängigkeit von der auf es wirkenden Zentrifugalkraft gesteuert ist.