DE102019118555A1

DE102019118555A1 - Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers

Info

Publication number: DE102019118555A1
Application number: DE102019118555.6A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Lück
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein rotierendes Element (4), gekennzeichnet durch mindestens einen mit einem Material (M) gefüllten Raum (1) im und / oder am Gleitlager (3), wobei das Material (M) bei Überschreitung einer vorbestimmbaren Temperatur eine Volumenausdehnung erfährt, durch die eine Kraft (K) auf mindestens ein Auslöseelement (2) erzeugbar ist, so dass das mindestens eine Auslöseelement (2) von einer Ausgangsposition (L1) in eine Auslöseposition (L2) bewegbar ist, und einem Detektionsmittel (5) mit dem das Vorhandensein mindestens einer Auslöseposition (L2) erkennbar ist und durch das Detektionsmittel (5) in Abhängigkeit davon ein Steuersignal (S) zur Steuerung des rotierenden Elements (4) auslösbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Gleitlager werden insbesondere in Gasturbinentriebwerken von Flugzeugen in vielfältiger Weise verwendet. Dabei ist die Überwachung des Betriebszustands von großem Interesse, da z.B. eine versagende Schmierung in einem Gleitlager zu stark erhöhten Temperaturen und letztlich zu einem Versagen der Lagerung führen kann. Eine typische Ursache für erhöhte Temperaturen sind Mischreibungsereignisse im Gleitlager, z.B. eine bereichsweise und / oder zeitweise Verschlechterung des Schmierverhaltens.
Ein Anstieg der Temperatur kann eine Steuerung des Betriebszustandes des rotierenden Elements erforderlich machen kann. Dies kann z.B. in einer Bremsung oder einem sofortigen Anhalten des rotierenden Elementes bestehen, um z.B. einen größeren Schaden zu verhindern.
Es besteht die Aufgabe, Überwachungsvorrichtungen und -verfahren zu entwickeln, die insbesondere eine robuste Überwachung ermöglichen.
Dabei weist eine Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers für ein rotierendes Element mindestens einen mit einem Material gefüllten Raum im und / oder am Gleitlager auf, wobei das Material bei Überschreitung einer vorbestimmbaren Temperatur eine Volumenausdehnung erfährt, durch die eine Kraft auf mindestens ein Auslöseelement erzeugbar ist.
Dabei wird ausgenutzt, dass jedes Material unter vorab bestimmbaren Bedingungen vorhersagbar eine Volumenausdehnung erfährt. Diese Volumenausdehnung wird dazu verwendet, dass das mindestens eine Auslöseelement von einer Ausgangsposition in eine Auslöseposition bewegbar ist. Die Volumenausdehnung erzeugt einen höheren Druck im Raum, der eine erhöhte Kraft auf das Auslöseelement bewirkt, das sich dann bewegt.
Mit einem Detektionsmittel ist dann das Vorhandensein mindestens einer Auslöseposition erkennbar und das Detektionsmittel löst in der Folge in Abhängigkeit von dem Erreichen der Auslöseposition ein Steuersignal zur Steuerung des rotierenden Elements aus. Das kann z.B. das Auslesen eines phonischen Rades (Phonic Wheel) mit induktiven Sensoren und / oder Hall Sensoren sein.
Die Volumenausdehnung vollzieht sich automatisch auf Grund der physikalischen Gegebenheiten, so dass z.B. keine Temperatursensoren oder ähnliches im Gleitlager benötigt werden. Dadurch ist die Vorrichtung zur thermischen Überwachung robust ausgebildet.
In einer Ausführungsform ist das rotierende Element eine Welle, ein Zahnrad oder ein Teil einer Welle.
Der mindestens eine Raum kann z.B. ein zylindrischer Hohlraum sein, der in axialer Richtung im Gleitlager, insbesondere unterhalb der Lauffläche des Gleitlagers angeordnet ist. Durch die axiale Erstreckung kann ausreichend Material in den Raum im und / oder am Gleitlager eingebracht werden, so dass bei Überschreitung des Siedepunktes eine hinreichend große Kraft auf das Auslöseelement ausgeübt werden kann. Zudem kann das Gleitlager im Versagensfall in axialer Richtung starke Temperaturunterschiede aufweisen. Durch die Konstruktion werden Temperaturerhöhungen auf der vollständigen axialen Breite der Gleitflächen efasst.
Als das Material in dem Raum kann z.B. ein Gas verwendet werden, insbesondere ein unter Druck stehendes Gas. Alternativ kann das Material eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl oder ein Polydimethylsiloxan, sein. Die beiden letzteren haben einen hohen Siedepunkt, so dass sie sinnvoll in Gasturbinentriebwerken oder Getrieben verwendet werden können. Alternativ kann auch ein Silikon als Material verwendet werden. Gerade Hochtemperatursilikone weisen eine hohe Siedetemperatur Temperaturbeständigkeit auf.
Es ist auch möglich, dass das Material mindestens zwei unterschiedliche Substanzen mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten aufweist, wobei z.B. eine erste Substanz die Funktion des Gleitlagers unter Nominalbedingungen anzeigt, eine zweite Substanz eine Fehlfunktion oder ein Versagen des Gleitlagers anzeigt.
In einer Ausführungsform ist mindestens ein Auslöseelement als zylindrischer Körper ausgebildet, der in einem zylindrisch ausgebildeten Raum für das Material angeordnet ist.
Auch ist es möglich, dass das mindestens eine Auslösemittel mit einer Membran, insbesondere mit einer ringförmig gefalteten Membran gekoppelt ist. Die Kopplung schließt dabei auch ein, dass das Auslösemittel mit der Membran integriert ist. Mit der Membran kann insbesondere der Raum für das Material abgeschlossen werden. Eine Membran, z.B. aus Metall, ist ein robustes Werkstück.
In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Auslöseelement ferromagnetisch ausgebildet. Damit kann es z.B. mit einem Detektionsmittel zusammenwirken, das einen induktiven Sensor aufweist. Weiterhin ist eine Detektion mit einem Ultraschallsensor und / oder einem Mikrowellensensor zur Detektion einer Lageveränderung des Auslöseelements möglich. Damit ist eine berührungslose Überwachung der Lageveränderung möglich.
In einer Ausführungsform ist das Steuersignal zur Einleitung einer Verlangsamung, dem Anhalten des rotierenden Elements und / oder der Entkopplung beweglicher Teile im Gasturbinentriebwerk einsetzbar.
Dabei kann eine Ausführungsform der Vorrichtung besonders eingerichtet und ausgebildet sein, um ein Gleitlager eines Gasturbinentriebwerks zu überwachen. Das Gleitlager kann auch in einem Getriebe eines Getriebefan-Gasturbinenlaufwerks angeordnet sein, wie z.B. in der Lagerung eines Planetenrades.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Eigendiagnose mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Wie hier an anderer Stelle angeführt wird, kann sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk, z.B. ein Flugzeugtriebwerk, beziehen. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann ein Kerntriebwerk umfassen, das eine Turbine, eine Brennervorrichtung, einen Verdichter und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle umfasst. Solch ein Gasturbinentriebwerk kann einen Fan (mit Fanschaufeln) umfassen, der stromaufwärts des Kerntriebwerks positioniert ist.
Anordnungen der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Getriebe-Fans, die über ein Getriebe angetrieben werden, von Vorteil sein. Entsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das über die Kernwelle angetrieben wird und dessen Abtrieb den Fan so antreibt, dass er eine niedrigere Drehzahl als die Kernwelle aufweist. Der Eingang für das Getriebe kann direkt von der Kernwelle oder indirekt über die 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 der Fan 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 aufweisen, die Turbinen und Verdichter verbinden, beispielsweise eine, zwei oder drei Wellen. 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. Das Kerntriebwerk 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 einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters positioniert sein. Der zweite Verdichter kann dahingehend angeordnet sein, eine Strömung von dem ersten Verdichter aufzunehmen (beispielsweise direkt aufzunehmen, beispielsweise über einen generell ringförmigen Kanal).
Das Getriebe kann dahingehend ausgebildet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird, die dazu konfiguriert ist, sich (beispielsweise im Gebrauch) mit der niedrigsten Drehzahl zu drehen (beispielsweise die erste Kernwelle in dem obigen Beispiel). Beispielsweise kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es lediglich von der Kernwelle angetrieben wird, 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). Alternativ dazu kann das Getriebe dahingehend ausgebildet sein, dass es von einer oder mehreren Wellen angetrieben wird, beispielsweise der ersten und / oder der zweiten Welle in dem obigen Beispiel.
Bei einem Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine Brennvorrichtung axial stromabwärts des Fans und des Verdichters (oder der Verdichter) vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Brennervorrichtung 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. Die Brennervorrichtung kann stromaufwärts der Turbine (der Turbinen) vorgesehen sein.
Der oder jeder Verdichter (beispielsweise der erste Verdichter und der zweite Verdichter gemäß obiger Beschreibung) kann eine beliebige Anzahl an Stufen, beispielsweise mehrere Stufen, umfassen. Jede Stufe kann eine Reihe von Rotorschaufeln und eine Reihe von Statorschaufeln umfassen, bei denen es sich um variable Statorschaufeln handeln kann (d.h. der Anstellwinkel kann variabel sein). Die Reihe von Rotorschaufeln und die Reihe von Statorschaufeln können axial zueinander 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 zueinander versetzt sein.
Jede Fanschaufel kann eine radiale Spannweite aufweisen, die sich von einem Fuß (oder einer Nabe) an einer radial innenliegenden, von Gas überströmten Stelle oder sich von einer Position einer Spannweite von 0 % zu einer Spitze mit einer Spannweite von 100 % erstreckt. Das Verhältnis des Radius der Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann bei 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 Fanschaufel an der Nabe zu dem Radius der Fanschaufel an der Spitze kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zwei Werten 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 der vorderen Kante (oder der axial am weitesten vorne liegenden Kante) der Schaufel gemessen werden. Das Nabe-Spitze-Verhältnis bezieht sich natürlich auf den von Gas überströmten Abschnitt der Fanschaufel, d. h. den Abschnitt, der sich radial außerhalb jeglicher Plattform befindet.
Der Radius des Fans kann zwischen der Mittellinie des Triebwerks und der Spitze der Fanschaufel an ihrer vorderen Kante gemessen werden. Der Durchmesser des Fans (der allgemein das Doppelte des Radius des Fans 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 Fandurchmesser kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien der Werte im vorhergehenden Satz begrenzt wird (d. h., die Werte können obere oder untere Grenzen bilden).
Die Drehzahl des Fans kann im Betrieb variieren. Allgemein ist die Drehzahl geringer für Fans mit einem größeren Durchmesser. Lediglich als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Drehzahl des Fans 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 Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser 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 Fans bei Konstantgeschwindigkeitsbedingungen für ein Triebwerk mit einem Fandurchmesser 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 der Fan (mit zugehörigen Fanschaufeln) um eine Drehachse. Diese Drehung führt dazu, dass sich die Spitze der Fanschaufel mit einer Geschwindigkeit U_Spitze bewegt. Die von den Fanschaufeln an der Strömung verrichtete Arbeit resultiert in einem Anstieg der Enthalpie dH der Strömung. Eine Fanspitzenbelastung kann als dH/U_Spitze ² definiert werden, wobei dH der Enthalpieanstieg (beispielsweise der durchschnittliche 1-D-Enthalpieanstieg) über den Fan hinweg ist und U_Spitze die (Translations-) Geschwindigkeit der Fanspitze, beispielsweise an der vorderen Kante der Spitze, ist (die als Fanspitzenradius am vorderen Rand multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit definiert werden kann). Die Fanspitzenbelastung 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 Fanspitzenbelastung kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 (oder 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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 Kerntriebwerks befinden. Die radial äußere Fläche des Bypasskanals kann durch eine Triebwerksgondel und / oder ein Fangehäuse definiert werden.
Das Gesamtdruckverhältnis eines Gasturbinentriebwerks, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann als das Verhältnis des Staudrucks stromaufwärts des Fans zu dem Staudruck am Ausgang des Höchstdruckverdichters (vor dem Eingang in die Brennervorrichtung) 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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 N kg^-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 abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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): 160 kN, 170 kN, 180 kN, 190 kN, 200 kN, 250 kN, 300 kN, 350 kN, 400 kN, 450 kN, 500 kN oder 550kN in der Lage sein. Der Höchstschub kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 °C (Umgebungsdruck 101,3 kPa, Temperatur 30 °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 zur Brennvorrichtung, 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): 1400 K, 1450 K, 1500 K, 1550 K, 1600 K oder 1650 K betragen (liegen). Die TET bei Konstantgeschwindigkeit kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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): 1700 K, 1750 K, 1800 K, 1850 K, 1900 K, 1950 K oder 2000 K betragen (liegen). Die maximale TET kann in einem abgeschlossenen Bereich liegen, der von zweien 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 Fanschaufel und / oder ein Blattabschnitt (aerofoil) einer Fanschaufel, 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 Fanschaufel 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 Fanschaufel 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 Fanschaufel kann mindestens zwei Bereiche umfassen, die unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann die Fanschaufel eine vordere Schutzkante aufweisen, die 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 eine vordere Kante kann beispielsweise unter Verwendung von Titan oder einer auf Titan basierenden Legierung hergestellt werden. Somit kann die Fanschaufel 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 Fan, der hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann einen mittleren Abschnitt umfassen, von dem sich die Fanschaufeln, beispielsweise in einer radialen Richtung, erstrecken können. Die Fanschaufeln können auf beliebige gewünschte Art und Weise an dem mittleren Abschnitt angebracht sein. Beispielsweise kann jede Fanschaufel 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 Fanschaufel 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 Fanschaufeln 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 Fanschaufeln aus einem Block maschinell herausgearbeitet werden und/oder mindestens ein Teil der Fanschaufeln 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 im Betrieb eine Variation des Ausgangsquerschnitts des Bypasskanals erlauben. Die allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Offenbarung können auf Triebwerke mit oder ohne eine VAN zutreffen.
Der Fan einer Gasturbine, die hier beschrieben und / oder beansprucht wird, kann eine beliebige gewünschte Anzahl an Fanschaufeln, beispielsweise 16, 18, 20 oder 22 Fanschaufeln, aufweisen.
Gemäß der hier erfolgenden Verwendung können Konstantgeschwindigkeits-bedingungen die Konstantgeschwindigkeitsbedingungen eines Luftfahrzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, bedeuten. Solche Konstantgeschwindig-keitsbedingungen 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 Konstantgeschwindigkeitsbedingung sein. Bei einigen Luftfahrzeugen können die Konstantgeschwindigkeitsbedingung 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 entsprechen, 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. 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 °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 Fanbetrieb ausgelegt ist, entsprechen. Dies kann beispielsweise die Bedingungen, bei denen der Fan (oder das Gasturbinentriebwerk) konstruktionsgemäß den optimalen Wirkungsgrad aufweist, bedeuten.
Im Betrieb kann ein Gasturbinentriebwerk, das hier beschrieben und / oder beansprucht wird, bei den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen, die hier an anderer Stelle definiert werden, betrieben werden. Solche Konstantgeschwindigkeits-bedingungen können von den Konstantgeschwindigkeitsbedingungen (beispielsweise den Bedingungen während des mittleren Teils des Fluges) eines Luftfahrzeugs, an dem mindestens ein (beispielsweise zwei oder vier) Gasturbinentriebwerk(e) 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.
Es werden nun beispielhaft Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben; in den Figuren zeigen:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts eines Gasturbinentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gasturb i nentriebwerk;
4A eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers in einer ersten Stellung eines Auslösemittels;
4B eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers in einer zweiten Stellung eines Auslösemittels;
5A eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform der Vorrichtung in radialer Ebene,
5B eine schematische Schnittansicht durch die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß 5A in axialer Ebene;
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einem Auslösemittel umfassend eine Membran.

1 stellt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer Hauptdrehachse 9 dar. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen Fan 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypassluftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Kern 11, der den Kernluftstrom A aufnimmt. Das Kerntriebwerk 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. Der Fan 23 ist über eine Welle 26 und ein epizyklisches Planetengetriebe 30 an der Niederdruckturbine 19 angebracht und wird durch diese angetrieben.
Im Betrieb 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. Der Fan 23 stellt allgemein den Hauptteil der Schubkraft bereit. Das epizyklische Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Eine beispielhafte Anordnung für ein Getriebe-Fan-Gasturbinentriebwerk 10 wird in 2 gezeigt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des epizyklischen Planetengetriebes 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 führt die Planetenräder 32 so, dass sie synchron um das Sonnenrad 28 kreisen, während er ermöglicht, dass sich jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse drehen kann. Der Planetenträger 34 ist über Gestänge 36 mit dem Fan 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 den Fan 23 umfassen) und / oder die Turbinen- und Verdichterstufe, die durch die verbindende Welle 26 mit der niedrigsten Drehzahl in dem Triebwerk (d. h. dass sie nicht die Getriebeausgangswelle, die den Fan 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 der Fan 23 als eine erste Verdichtungsstufe oder Verdichtungsstufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Das epizyklische Planetengetriebe 30 wird in 3 beispielhaft genauer gezeigt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 umfassen jeweils Zähne an ihrem Umfang, um ein Kämmen mit den anderen Zahnrädern zu ermöglichen. 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 epizyklischen Planetengetriebes 30 umfassen allgemein mindestens drei Planetenräder 32.
Das in 2 und 3 beispielhaft dargestellte epizyklische Planetengetriebe 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 Planetengetrieben 30 verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 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 der Fan 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 Gasturbinentriebwerk 10 und / oder zur Verbindung des Getriebes 30 mit dem Gasturbinentriebwerk 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 Gasturbinentriebwerks 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 Gasturbinentriebwerks 10 (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 epizyklisch 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 Turbofantriebwerk bezieht, kann die Offenbarung beispielsweise bei einer beliebigen Art von Gasturbinentriebwerk, wie z. B. bei einem Open-Rotor (bei dem die Fanstufe 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.
Ein Gasturbinentriebwerk 10, insbesondere im Zusammenhang mit einem Planetengetriebe 30, weist eine Vielzahl von Bauteilen mit rotierenden Elementen auf, wie z.B. die Welle 26, die durch mehrere - in den 1 bis 3 nicht näher beschriebene - Wälzlager gelagert wird. Auch weist das Planetengriebe 30 z.B. Gleitlager auf, die die Planetenräder 34 lagern.
Da ein Gasturbinentriebwerk 10 hohen Sicherheitsstandards unterliegt und lange Wartungsintervalle aufweist, ist eine Überwachung der Gleitlager 3 für rotierende Elemente 4 (z.B. einer Welle) sinnvoll.
Der Verschleiß von Gleitlagern 3 von der ersten Erkennung eines bevorstehenden Verschleißes bis zum Totalausfall kann innerhalb von Sekunden vor sich gehen. Das Erreichen einer kritischen Übertemperatur auf oder an den Gleitflächen verlangt dann eine schnelle Reaktion. Diese schnelle Reaktion kann z.B. durch ein automatisiertes Abschalten erreicht werden. Um ein automatisiertes Abschalten zu rechtfertigen wird, ein hohes Vertrauenslevel (Confidence Level) benötigt. Die Verwendung von Bauelementen, die keine ausreichende Robustheit aufweisen, soll vermieden werden. In anderen Schadenszenarios kann auch eine Verlangsamung der Drehung des rotierenden Elements 4 oder eine Auskupplung des rotierenden Elements 4 zur Problemlösung beitragen.
In den 4A und 4B wird anhand einer schematisch dargestellten Ausführungsform das Prinzip einer thermischen Überwachung eines Gleitlagers 3 dargestellt, wobei hier der Robustheit besonders Rechnung getragen wird.
Dabei ist in 4A die Ausgangsposition dargestellt, bei der ein mit einem Material M (mit einer oder mehreren Substanzen) gefüllter Raum 1 im und / oder am Gleitlager 3 dargestellt ist. Das Material M im Raum 1 kann dabei z.B. ein Kunststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Materialien erfahren unter einer Temperaturerhöhung grundsätzlich eine Volumenvergrößerung.
Wenn z.B. ein Kunststoff einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird, dann wird er erst Schmelzen und dann in die Gasphase übergehen.
Wenn eine Flüssigkeit einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird, verdampft die Flüssigkeit oberhalb einer bestimmten Temperatur, die vom im Fluidraum herrschenden Druck abhängt. Dadurch tritt eine schlagartige Volumenvergrößerung ein.
Wenn ein gasförmiges Fluid einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird, vergrößert sich das Volumen des Gases abhängig, bei Gültigkeit des idealen Gasgesetzes, proportional zur Temperaturerhöhung.
In 4A ist die Ausgangsposition dargestellt, bei der das Material M noch keine Volumenvergrößerung erfahren hat.
Bei Überschreitung einer vorbestimmbaren Temperatur, erfährt das Material M eine Volumenausdehnung, wodurch eine Kraft K auf mindestens ein Auslöseelement 2 (hier ein zylindrisches Element, das den Raum 1 gegen den Außenraum abschließt) erzeugt wird. Dies ist in 4B dargestellt.
Dabei wird durch die Kraft K das Auslöseelement 2 von einer in 4A dargestellten Ausgangsposition L1 in eine Auslöseposition L2 bewegt.
Die Ausführungsform weist ferner ein Detektionsmittel 5 auf, mit dem das Vorhandensein mindestens einer Auslöseposition L2 des Auslösemittels 2 insbesondere berührungslos erkennbar ist. In Abhängigkeit davon wird durch das Detektionsmittel 5 ein Steuersignal S zur Steuerung eines rotierenden Elements 4 (hier nicht dargestellt) ausgelöst.
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform anhand der 5A und 5B dargestellt.
In der 5A ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der unterhalb der Lauffläche des Gleitlagers 3, die überwacht werden soll, in axialer Erstreckung der Raum 1 für das Material M angeordnet ist. Der Raum 1 kann z.B. als Bohrung ausgebildet sein. In alternativen Ausführungsformen können auch mehrere Räume 1 in Form von Bohrungen axial in dem Gleitlager 3 angeordnet sein.
In diesen Raum 1 wird dann das Material M eingefüllt, das unter den oben beschriebenen Bedingungen eine Volumenvergrößerung unter definierbaren Bedingungen (Temperatur, Druck) erfährt.
Die axiale Bohrung des Raums 1 weist an den beiden Enden jeweils mindestens ein Diaphragma (z.B. Membran) oder eine Dichtung 6 auf, die insbesondere ein flüssiges oder gasförmiges Material M gegenüber der Umgebung abschirmen. In 6 ist eine weitere Ausführungsform dieser Art dargestellt.
Vom Material M aus gesehen, hinter dem Diaphragma 6, ist jeweils eine Feder 7 angeordnet, die das Diaphragma 6 unter einer definierten Kraft zurückdrückt. Oder das Diaphragma 6 ist selbst als Feder ausgeführt Die beiden Diaphragmen 6 drücken jeweils auf ein Auslöseelement 2, das hier als ein ferromagnetischer Zylinderkörper ausgebildet ist, der in der zylindrischen Bohrung insbesondere mit einem definierten Reibschluss angeordnet ist.
Kommt es aufgrund einer Temperaturerhöhung zum Sieden des Materials M unter der Gleitfläche, baut sich im Raum 1 auf Grund der Volumenvergrößerung ein Druck auf. Dadurch werden die zylindrischen ferromagnetischen Auslöseelemente 2 jeweils axial durch die Kraft K (siehe 4B) nach außen gedrückt.
Je nach den verwendeten Sensoren des Detektionsmittels 5, können auch Bewegungen des Auslösemittels 2 optisch und / oder akustisch bestimmt werden.
Außerhalb des Gleitlagers 3 erfasst dann das Detektionsmittel 5 mit einem feststehenden induktiven Sensor (Drehzahlsensor) das Vorbeilaufen des ferromagnetischen Auslöseelements aufgrund der Beziehung U = -d Phi / dt berührungslos.
Durch die Bewegung des Auslösemittels 2 in die Auslöseposition L2 (siehe 4B) verringert sich der Abstand des ferromagnetischen Materials des Auslöseelements 2 auf der Membran 6 zum induktiven Sensor des Detektionsmittels 5, so dass sich die Amplitude des an der Spule des induktiven Sensors induzierten Signals geringfügig erhöhen wird. Bei Überschreitung eines Grenzwertes kann das Steuersignal S ausgelöst werden, das zu einer Abschaltung des Gasturbinentriebwerks 10 führt.
Über die sich zyklisch veränderliche Amplitude an der Spule des induktiven Sensors über die Betriebszyklen kann auch die Funktion der Überwachungseinheit überprüft werden.
In 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der mit Material M gefüllte Raum 1 auf beiden Seiten mit einer Membran 8 abschlossen ist, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nur eine Membran 8 dargestellt ist.
Diese Ausführungsform ist grundsätzlich eine Abwandlung der in 5B dargestellten Ausführungsform, wobei hier nicht die vollständige Ansicht gemäß 5B verwendet wird.
Das Auslöseelement 2 ist in der dargestellten Ausführungsform mit der Membran 8 gekoppelt. Das eigentliche Auslöseelement 2 ist hier in der Mitte (d.h. im Zentrum) der ringförmig gefalteten Membran 8 angeordnet. Alternativ besitzt die Membran 8 einen ferromagnetischen Anteil in der Mitte der Membran 8, der dann als Auslöseelement 2 fungiert. Alternativ kann die Membran 8 auch vollständig aus einem ferromagnetischem Material bestehen, so dass das Auslöseelement 2 in die Membran 8 selbst integriert ist.
In jedem Fall wird die Membran 8 durch die Volumenausdehnung des Materials im Raum 1 verformt, d.h. vom Raum 1 aus gesehen nach Außen gedrückt, so dass sich der Abstand zu dem Detektionsmittel 5 verändert.
Die Membran 8 kann z.B. so gestaltet sein, dass diese eine Rückstellkraft über die Federwirkung bereitstellt, so dass beim Absinken der Temperatur das Auslöseelement 2 wieder einen größeren Abstand zu dem Detektionsmittel 5 aufweist.
Wenn das Auslöseelement 2 eine ferroelektrische Masse in der Mitte der Membran 8 aufweist, beeinflusst das ein Magnetfeld, das für einen Sensor des Detektionsmittels 5 erkennbar ist.
Alternativ kann auch ein Magnet in der Mitte, z.H. im Zentrum der Membran 8 als Auslöseelement 2 angeordnet werden.
Eine weitere Möglichkeit ist, eine elektrische leitfähige Lage in der Membran 8 anzuordnen die, deren Bewegung kapazitiv auslesbar ist.
Eine weitere Möglichkeit, besteht darin, die Bewegung der Membran 8 optisch, durch Ultraschall und / oder Mikrowellen zu erkennen.
Bei einem BITE Test (Built-in-test equipment Test) kann eine geringe Menge Flüssigkeit als Material M in den Raum 1 eingebracht werden, die beim Erreichen der Nominaltemperatur verdampft und die Membran 8 geringfügig verformt. Dies ist gerade für den Sensor des Detektionsmittel 5 detektierbar. Diese Menge der Flüssigkeit wird genau abgestimmt, damit es nicht zu Fehlsignalen kommt, ohne dass eine unzulässig hohe Temperatur erreicht wurde.
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. Beliebige der Merkmale können 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.
Bezugszeichenliste

1: Raum
2: Auslöseelement
3: Gleitlager
4: rotierendes Element
5: Detektionsmittel
6: Diaphragma, Dichtung
7: Feder
8: Membran, ringförmig gefaltete Membran
9: Hauptdrehachse
10: Gasturbinentriebwerk
11: Kerntriebwerk
12: Lufteinlass
14: Niederdruckverdichter
15: Hochdruckverdichter
16: Verbrennungseinrichtung
17: Hochdruckturbine
18: Bypassschubdüse
19: Niederdruckturbine
20: Kernschubdüse
21: Triebwerksgondel
22: Bypasskanal
23: Fan
24: stationäre Stützstruktur
26: Welle
27: Verbindungswelle
28: Sonnenrad
30: Getriebe
32: Planetenräder
34: Planetenträger
36: Gestänge
38: Hohlrad
40: Gestänge
K: Kraft
L1: Ausgangsposition des Auslöseelements
L2: Auslöseposition des Auslöseelements
M: Material
S: Steuersignal

Claims

Vorrichtung zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein rotierendes Element (4), gekennzeichnet durch mindestens einen mit einem Material (M) gefüllten Raum (1) im und / oder am Gleitlager (3), wobei das Material (M) bei Überschreitung einer vorbestimmbaren Temperatur eine Volumenausdehnung erfährt, durch die eine Kraft (K) auf mindestens ein Auslöseelement (2) erzeugbar ist, so dass das mindestens eine Auslöseelement (2) von einer Ausgangsposition (L1) in eine Auslöseposition (L2) bewegbar ist, und einem Detektionsmittel (5), mit dem das Vorhandensein mindestens einer Auslöseposition (L2) erkennbar ist und durch das Detektionsmittel (5) in Abhängigkeit davon ein Steuersignal (S) zur Steuerung des rotierenden Elements (4) auslösbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Element (4) eine Welle, ein Zahnrad oder ein Teil einer Welle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Raum (1) ein zylindrischer Hohlraum ist, der in axialer Richtung im Gleitlager (3), insbesondere unterhalb der Lauffläche des Gleitlagers (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (M) ein Gas ist, insbesondere ein unter Druck stehendes Gas ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (M) eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl oder ein Polydimethylsiloxan ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (M) ein Silikon ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (M) mindestens zwei Substanzen mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Auslöseelement (2) als zylindrischer Körper ausgebildet ist, der in einem zylindrisch ausgebildeten Raum (1) für das Material (M) angeordnet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Auslösemittel (2) mit einer Membran (8), insbesondere einer ringförmig gefalteten Membran (8) gekoppelt ist, wobei die Membran (8) insbesondere den Raum (1) verschließt.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Auslöseelement (2) ferromagnetisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionsmittel (5) einen induktiven Sensor, einen optischen Sensor, einen Ultraschallsensor und / oder einen Mikrowellensensensor zur Detektion einer Lageveränderung des Auslöseelements (2) aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) zu einer Verlangsamung, dem Anhalten des rotierenden Elements (4) und / oder der Entkopplung beweglicher Teile im Gasturbinentriebwerk (10) einsetzbar ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie besonders eingerichtet und ausgebildet ist, um ein Gleitlager (3) eines Gasturbinentriebwerks (10) zu überwachen.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (3) in einem Getriebe (30) eines Getriebefan-Gasturbinenlaufwerks (30) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (50) in der Lagerung eines Planetenrades (32) angeordnet ist.
Verfahren zur thermischen Überwachung eines Gleitlagers (3) für ein rotierendes Element (4), dadurch gekennzeichnet, dass a) in mindestens einem mit Material (M) gefüllten Fluidraum (1) im und / oder am Gleitlager (3) das Material (M) bei Überschreitung einer vorbestimmbaren Temperatur eine Volumenausdehnung erfährt, durch die eine Kraft (K) auf mindestens ein Auslöseelement (2) erzeugt wird, so dass das mindestens eine Auslöseelement (2) von einer Ausgangsposition (L1) in eine Auslöseposition (L2) bewegt wird und b) mit einem Detektionsmittel (5) das Vorhandensein mindestens einer Auslöseposition (L2) erkannt wird und c) durch das Detektionsmittel (5) in Abhängigkeit davon ein Steuersignal (S) zur Steuerung des rotierenden Elements (4) ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (S) zu einer Abschaltung des Gasturbinentriebwerks (10) führt und / oder zu einer Entkopplung beweglicher Teile im Gasturbinentriebwerk (10).
Gasturbinentriebwerk (10) für ein Luftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein Kerntriebwerk (11), das eine Turbine (19), einen Verdichter (14) und eine die Turbine mit dem Verdichter verbindende Kernwelle (26) umfasst; einen Fan (23), der stromaufwärts des Kerntriebwerks (11) positioniert ist, wobei der Fan (23) mehrere Fanschaufeln umfasst; und ein Getriebe (30), das von der Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei der Fan (23) mittels des Getriebes (30) mit einer niedrigeren Drehzahl als die Kernwelle (26) antreibbar ist, wobei mindestens ein Gleitlager (3) und / oder ein rotierendes Element (4, 26) mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 gekoppelt ist.