DE102020101324A1

DE102020101324A1 - Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk und Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers

Info

Publication number: DE102020101324A1
Application number: DE102020101324.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas SCHIESSL
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2021-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk und ein Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers. Die Baugruppe umfasst einen Stator (5), einen Rotor (6), eine Zwischenstufendichtung (7) und eine Zwischenstufenkavität (8). Die Zwischenstufendichtung (7) umfasst eine radial nach außen gerichtete Nut (71), die eine Schiene (54) des Stators (5) aufnimmt. Es ist vorgesehen, dass die Nut (71) der Zwischenstufendichtung (7) eine axiale Breite (713) aufweist, die größer ist als die axiale Breite der Schiene (54). Dies bewirkt, dass, wenn die Zwischenstufendichtung (7) axial nach vorne bewegt wird, die axial vordere Nutwand (711) in axialen Abstand zu der Schiene (54) gerät und die Nut (71) einen axialen Spalt (714) bildet, durch den ein Gasstrom (106) aus der Zwischenstufenkavität (8) in den Hauptströmungspfad (4) strömen kann, wodurch ein Druckabfall in der Zwischenstufenkavität (8) entsteht, wobei der Druckabfall oder ein durch diesen ausgelöster Temperaturanstieg gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers.
In Gasturbinentriebwerken kann der Fehler auftreten, dass eines oder mehrere der Schublager versagen, die die Hochdruckturbinenwelle des Gasturbinentriebwerks lagern. In einem solchen Fall verschieben sich die Rotoren der Hochdruckturbine stromaufwärts, wobei es zu einem Kontakt zwischen rotierenden und statischen Komponenten der Hochdruckturbine kommen kann. Es ist anzustreben, eine solche Situation schnell zu erkennen, um geeignete Gegenmaßnahmen einleiten zu können.
Es sind weiter berührungsfreie Dichtungen bekannt, die einen Spalt zwischen einem Rotor und einem Stator eines Gasturbinentriebwerks abdichten. Dabei ist es aus der DE 10 2015 226 732 A1 bekannt, in eine solche Dichtung einen Temperatursensor zu integrieren, der die Temperatur eines durch die Dichtung strömenden Gases detektiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk bereitzustellen, die es ermöglicht, in einfacher Weise das Versagen eines Schublagers zu detektieren. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach betrachtet die Erfindung gemäß einem ersten Erfindungsaspekt eine Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk, die einen Stator und einen Rotor einer Turbine umfasst, wobei der Rotor stromabwärts des Stators angeordnet ist, der Stator Leitschaufeln und eine radial innere Plattform aufweist, der Rotor Laufschaufeln und eine Turbinenscheibe umfasst, und die Leitschaufeln und die Laufschaufeln sich in einem Hauptströmungspfad des Gasturbinentriebwerks erstrecken. Die Baugruppe umfasst des Weiteren eine Zwischenstufendichtung, die einen axialen Spalt mit der Turbinenscheibe ausbildet.
Die Zwischenstufendichtung bildet eine radial nach außen gerichtete Nut aus, die eine sich radial nach innen erstreckenden Schiene der radial inneren Plattform aufnimmt, wobei die Nut eine axial vordere, sich radial erstreckende Nutwand und eine axial hintere, sich radial erstreckende Nutwand aufweist. Dabei ist die axial vordere Nutwand dazu vorgesehen und ausgebildet, im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks an der sich radial erstreckenden Schiene dicht anzuliegen, so dass durch die Nut kein Gas strömen kann. Weiter ist eine Zwischenstufenkavität vorhanden, die zwischen der Rotorscheibe eines stromaufwärts des Stators angeordneten weiteren Rotors und der Zwischenstufendichtung ausgebildet ist, wobei die Zwischenstufenkavität im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks durch Sekundärluft mit einem statischen Druck beaufschlagt ist, der größer ist als der im Hauptströmungspfad des Gasturbinentriebwerks herrschende statische Druck.
Dabei ist vorgesehen, dass die Nut der Zwischenstufendichtung eine axiale Breite aufweist, die größer ist als die axiale Breite der sich radial nach innen erstreckenden Schiene. Dies führt dazu, dass, wenn der Rotor sich axial nach vorne bewegt (wie es beispielsweise im Falle des Versagens eines Schublagers der Fall ist) und dabei die Zwischenstufendichtung ebenfalls axial nach vorne bewegt wird, die axial vordere Nutwand in axialen Abstand zu der sich radial erstreckenden Schiene gerät und die Nut einen axialen Spalt bildet, durch den ein Gasstrom aus der Zwischenstufenkavität in den Hauptströmungspfad stromabwärts des Stators strömen kann. Dies bewirkt einen Druckabfall in der Zwischenstufenkavität. Die Baugruppe umfasst weiter Mittel, die den Druckabfall in der Zwischenstufenkavität oder einen durch diesen ausgelösten Temperaturanstieg messen, wobei die Messung direkt oder indirekt erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Zwischenstufenkavität derart auszubilden, dass sich bei einem axialen stromaufwärtigen Verschieben des Rotors die Druckverhältnisse in der Zwischenstufenkavität ändern, wobei diese Änderung der Druckverhältnisse oder ein durch diese Änderung ausgelöster Temperaturanstieg in der Zwischenstufenkavität gemessen und als Parameter ausgewertet wird, der das Versagen eines Schublagers anzeigt.
Dabei beruht eine Änderung der Druckverhältnisse in der Zwischenstufenkavität darauf, dass bei einem axialen stromaufwärtigen Verschieben des Rotors und damit der Zwischenstufenkavität ein axialer Spalt im Bereich der Nut geöffnet wird, durch den ein Gasstrom aus der Zwischenstufenkavität in den Hauptströmungspfad stromabwärts des Stators strömt, was zu einem Druckabfall in der Zwischenstufenkavität führt. Der Druckabfall in der Zwischenstufenkavität wiederum führt dazu, dass Heißgas aus dem Hauptströmungspfad stromaufwärts des Stators in die Zwischenstufenkavität strömt, da nach dem Druckabfall in der Zwischenstufenkavität der Druck in dem Hauptströmungspfad stromaufwärts des Stators größer ist als der Druck in der Zwischenstufenkavität. Der Druckabfall in der Zwischenstufenkavität kann durch einen Drucksensor gemessen werden oder alternativ kann ein Temperaturanstieg gemessen werden, den das aus dem Hauptströmungspfad in die Zwischenstufenkavität einströmende Heißgas bewirkt.
Dementsprechend sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Mittel einen Temperatursensor umfassen, wobei im Falle eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität Heißgas aus dem Hauptströmungskanal in die Zwischenstufenkavität strömt und der Temperatursensor derart angeordnet ist, dass er einen hiermit verbundenen Temperaturanstieg misst.
Beispielsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Temperatursensor dazu ausgebildet ist, direkt die Temperatur des Gases zu messen, das durch eine berührungsfreie Dichtung strömt, die in einem Spalt zwischen der radial inneren Plattform und dem weiteren, stromaufwärts des Stators angeordneten Rotor angeordnet ist und die die Zwischenstufenkavität vom Hauptströmungspfad trennt. Dabei strömt das Gas je nach Druckverhältnis in die eine oder die andere Richtung durch die berührungsfreie Dichtung. Im Falle eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität strömt Heißgas aus dem Hauptströmungskanal in die Zwischenstufenkavität, wobei der Temperatursensor die Temperatur des heißen Gases misst.
Der Temperatursensor kann mit Auswertmitteln verbunden sein, die die Temperatur des Temperatursensors zur Detektion des Versagens eines Schublagers auswerten. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Versagen eines Schublagers erkannt wird, wenn die gemessene Temperatur einen vordefinierten Schwellwert übersteigt.
Der Temperatursensor ist beispielsweise in der radial inneren Plattform des Stators angeordnet.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Offenbarung der Begriff „Turbinenscheibe“ sowohl zur Bezeichnung der eigentlichen Turbinenscheibe als auch zur Bezeichnungen eines Schaufelfußes verwendet wird, mit dem die jeweilige Laufschaufel mit der Turbinenscheibe verbunden ist. Insofern erfolgt keine Differenzierung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zwischenstufendichtung eine stromabwärtige, sich radial erstreckende Rückseite aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks axial beabstandet zu der Turbinenscheibe des Rotors ist. Dabei bildet der Spalt, der sich im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks zwischen der Rückseite und der Turbinenscheibe erstreckt, einen Teil des Spalts zwischen Stator und Rotor aus. Es ist vorgesehen, dass die Rückseite der Zwischenstufendichtung mit keilförmigen Umfangsnuten versehen ist. Die Tiefe der Umfangsnuten nimmt in Umfangsrichtung somit ab, bis sie in die Rückseite der Zwischenstufendichtung ausläuft, worauf eine neue Umfangsnut beginnt.
Die keilförmigen Umfangsnuten sind dazu vorgesehen und ausgebildet, bei einer Annäherung der Turbinenscheibe an die Rückseite - die erfolgt, wenn wegen des Versagens eines Schublagers der Rotor sich insgesamt stromaufwärts verschiebt - einen dynamischen Druck aufzubauen, der eine Reibung zwischen der Turbinenscheibe und der Rückseite der Zwischenstufendichtung reduziert. Es wird gewissermaßen ein Luftlager zwischen der Turbinenscheibe und der Rückseite bereitgestellt.
Dabei sieht eine Ausgestaltung vor, dass die für den Aufbau eines dynamischen Drucks erforderliche Luft über schon vorhandene Vordralldüsen, die als Bohrungen in der Rückseite ausgebildet sind, bereitgestellt wird, wobei durch die Vordralldüsen Luft in die Umfangsnuten eintritt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vordralldüsen derart angeordnet sind, dass durch die Vordralldüsen Luft an den tiefsten Stellen der Umfangsnuten in diese eintritt.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zur Reduzierung einer Reibung zwischen der Turbinenscheibe und der Rückseite der Zwischenstufendichtung die Rückseite und/oder die Turbinenscheibe im potentiellen Kontaktbereich mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung versehen sind.
Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Gasturbinentriebwerk mit einer Baugruppe gemäß Anspruch 1. Dabei sieht eine Ausgestaltung vor, dass das Gasturbinentriebwerk eine Hochdruckturbine umfasst, die eine erste Stufe und eine zweite Stufe aufweist, wobei jede Stufe einen Stator und einen Rotor aufweist, und wobei die Zwischenstufendichtung der Baugruppe zwischen dem Stator und dem Rotor der zweiten Stufe der Hochdruckturbine angeordnet ist.
In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers, das eine Turbinenwelle eines Gasturbinentriebwerks lagert, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Baugruppe gemäß Anspruch 1 erfolgt. Das Verfahren umfasst die Schritte:

- Beaufschlagen der Zwischenstufenkavität mit Sekundärluft derart, dass im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks der in der Zwischenstufenkavität anliegende statische Druck größer ist als der im Hauptströmungspfad des Gasturbinentriebwerks stromaufwärts des Stators herrschende statische Druck,
- fortlaufendes Messen des in der Zwischenstufenkavität herrschenden Druckes und/oder der dort herrschenden Temperatur,
- durch das Messen Erkennen eines Druckabfalls und/oder eines Temperaturanstiegs in der Zwischenstufenkavität, wenn ein solcher vorliegt,
- Erkennen des Versagens eines Schublagers, wenn der Druckabfall und/oder der Temperaturanstieg einen jeweils zugeordneten Grenzwert unterschreitet bzw. überschreitet.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Falle eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität Heißgas aus dem Hauptströmungskanal in die Zwischenstufenkavität strömt und ein Temperatursensor einen hierdurch ausgelösten Temperaturanstieg misst.
Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass der Temperatursensor die Temperatur des Gases misst, das durch eine Dichtung strömt, die in einem Spalt zwischen der radial inneren Plattform und dem weiteren, stromaufwärts des Stators angeordneten Rotor der Baugruppe angeordnet ist.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass bei einer Annäherung der Turbinenscheibe an die Rückseite der Zwischenstufendichtung eine Reibung zwischen der Turbinenscheibe und der Rückseite reduziert wird, indem Sekundärluft in die in der Rückseite der Zwischenstufendichtung ausgebildeten keilförmigen Umfangsnuten geblasen wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Sekundärluft durch Vordralldüsen eingeblasen wird, die in der Rückseite der Zwischenstufendichtung ausgebildet sind.
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 identisch mit der Maschinenachse des Gasturbinentriebwerks, 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 Gastu rbi nentriebwerks;
3 eine zum Teil weggeschnittene Ansicht eines Getriebes für ein Gastu rbi nentriebwerk;
4 eine Baugruppe eines Gasturbinentriebwerks, die einen Stator, einen stromabwärts des Stators angeordneten Rotor und eine Zwischenstufendichtung umfasst, wobei die Anordnung der Elemente der Baugruppe der Anordnung im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks entspricht;
5 die Baugruppe der 4, wobei der Rotor nach einem Versagen eines Schublagers stromaufwärts gewandert ist, so dass eine Turbinenscheibe des Rotors in Kontakt mit einer Rückseite der Zwischenstufendichtung getreten ist;
6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baugruppe eines Gasturbinentriebwerks, wobei die Baugruppe einen Stator, einen stromabwärts des Stators angeordneten Rotor und eine Zwischenstufendichtung umfasst, wobei die Zwischenstufendichtung eine nach außen gerichtete radiale Nut aufweist, in die eine Schiene des Stators eingreift, wobei die Nut der Zwischenstufendichtung eine axiale Breite aufweist, die größer ist als die axiale Breite der Schiene, und wobei die Anordnung der Elemente der Baugruppe der Anordnung im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks entspricht;
7 die Baugruppe der 6, wobei der Rotor nach einem Versagen eines Schublagers stromaufwärts gewandert ist, wodurch ein axialer Spalt im Bereich der Nut geöffnet ist;
8 einen Schnitt durch die Baugruppe der 7 entlang der Linie A-A der 7;
9 die Baugruppe der 6 unter zusätzlicher Darstellung der Drücke, die in der Baugruppe vorliegen, und daraus resultierender Strömungen;
10 die Baugruppe der 7 unter zusätzlicher Darstellung der Drücke, die in der Baugruppe nach einem Wandern des Rotors stromaufwärts vorliegen, und daraus resultierender Strömungen; und
11 den Ablauf eines Verfahrens zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers.

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.
Wie bereits angemerkt, treibt die Hochdruckturbine 17 den Hochdruckverdichter 15 durch eine Verbindungswelle 27 an, die auch als Hochdruckturbinenwelle bezeichnet wird. Die Hochdruckturbinenwelle 27 ist durch mindestens zwei Lager gelagert. Eines der Lager 270 ist schematisch in der 1 dargestellt.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der Hochdruckturbine 17 von Bedeutung, wobei die Erfindung eine Ausgestaltung einer Baugruppe der Hochdruckturbine bereitstellt, die es ermöglicht, in einfacher Weise das Versagen eines oder mehrerer der Lager 270 der Hochdruckturbinenwelle 27 zu erkennen. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung gelten jedoch für jede Anordnung eines Rotors oder eines Stators in einem Strömungspfad.
Die 4 zeigt zum besseren Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung eine Baugruppe, die nicht die vorliegende Erfindung realisiert. Die Darstellung ist in einer Schnittebene, die die Triebwerksachse mit umfasst. Die Baugruppe umfasst Elemente einer Hochdruckturbine 17 eines Gasturbinentriebwerks, bei dem es sich grundsätzlich um ein beliebiges Gasturbinentriebwerk, beispielsweise das Gasturbinentriebwerk 10 der 1 handeln kann.
Die Baugruppe weist einen Stator 5 und einen Rotor 6 auf, die eine zweite Stufe der Hochdruckturbine 17 bilden. Eine erste Stufe der Hochdruckturbine 17 weist einen einer Brennkammer unmittelbar nachgeordneten Stator (nicht dargestellt) sowie einen Rotor 60 auf, der stromaufwärts des Stators 5 angeordnet ist. Der Stator 5 umfasst Leitschaufeln 51, eine radial innere Plattform 52 und eine radial äußere Plattform 53, die in einem Gehäuse 91 gelagert ist. Der Rotor 6 umfasst Laufschaufeln 61 und eine Turbinenscheibe 62. Die Laufschaufeln 61 sind jeweils sind über einen Schaufelfuß 63 in der Turbinenscheibe 62 befestigt. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird der Schaufelfuß 63 jedoch als Teil der Turbinenscheibe 62 angesehen, d. h. es wird terminologisch nicht weiter zwischen Schaufelfuß 63 und Turbinenscheibe 62 differenziert. Der weitere Rotor 60 umfasst ebenfalls Laufschaufeln 601 und eine Turbinenscheibe 602.
Die Laufschaufeln 601, 61 und die Leitschaufeln 51 erstrecken sich jeweils im Hauptströmungspfad 4 des Gasturbinentriebwerks. Der Abschnitt des Hauptströmungspfads 4 zwischen den Laufschaufeln 601 des weiteren Rotors 60 und den Leitschaufeln 51 des Stators 5 ist dabei mit dem Bezugszeichen 41 und der Abschnitt des Hauptströmungspfads 4 zwischen den Leitschaufeln 51 des Stators 5 und den Laufschaufeln 61 des Rotors 6 mit dem Bezugszeichen 42 gekennzeichnet.
Die Baugruppe umfasst des Weiteren eine Zwischenstufendichtung 7, die einen Spalt zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 6 abdichtet, nämlich einen Spalt 81 zwischen der Zwischenstufendichtung 7 des Stators 5 und der Turbinenscheibe 62 (die bei dieser Betrachtung wie erläutert den Schaufelfuß 63 mit umfasst). Die Zwischenstufendichtung 7 umfasst einen Abschnitt 72, der zur Bildung einer berührungsfreien Labyrinthdichtung 94 mit Formelementen 64 der Turbinenscheibe 62 ineinander greift, wobei die Labyrinthdichtung 94 derart ausgelegt ist, dass Sekundärluft bzw. Kühlluft durch die Labyrinthdichtung 94 hindurch zur Kühlung der Laufschaufel 61 bereitgestellt werden kann.
Die Zwischenstufendichtung 7 umfasst des Weiteren eine radial nach außen gerichtete Nut 71, die eine axial vordere, sich radial erstreckende Nutwand 711 und eine axial hintere, sich radial erstreckende Nutwand 712 aufweist. Die Nut 71 nimmt im Wesentlichen spielfrei eine Schiene oder Wand 54 auf, die Teil der radial inneren Plattform 52 ist und die sich radial nach innen erstreckt. Dabei ist im dargestellten Normalzustand des Gasturbinentriebwerks vorgesehen, dass die axial vordere Nutwand 711 axial an der zugewandten Seite der Schiene 54 anliegt, so dass keine Strömungsverbindung zwischen einer Zwischenstufenkavität 8, auf die noch eingegangen wird, und dem Abschnitt 42 des Hauptströmungspfads 4 besteht.
Die bereits erwähnte Zwischenstufenkavität 8 ist zwischen der Rotorscheibe 602 des weiteren Rotors 60 und der Zwischenstufendichtung 7 ausgebildet. Im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks wird die Zwischenstufenkavität mit Sekundärluft beaufschlagt, die einen Druck in der Zwischenstufenkavität 8 erzeugt, der größer ist als der im Hauptströmungspfad 4 herrschende Druck, insbesondere größer ist als der Druck, der in dem Abschnitt 41 des Hauptströmungspfads 4 vorliegt. Damit wird verhindert, dass Heißgase aus dem Hauptströmungspfad 4 in die Zwischenstufenkavität 8 einströmen können.
In dem Verbindungabschnitt zwischen dem Abschnitt 41 des Hauptströmungspfads 4 und der Zwischenstufenkavität 8 ist eine weitere berührungsfreie Labyrinthdichtung 93 angeordnet. Im Bereich der Labyrinthdichtung 93 befindet sich ein Temperatursensor 92, der in der radial inneren Plattform 52 des Stators 5 gelagert ist. Der Temperatursensor 92 überwacht die Temperatur der Strömung durch die Labyrinthdichtung 93. Wenn beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion Heißgase vom Hauptströmungspfad 4 in die Zwischenstufenkavität 8 strömen würden, würde der Temperatursensor 92 dies detektieren.
Der Temperatursensor 92 ist über eine Halterung 920, die auch elektrische Leitungen für den Sensor 92 umfasst, in dem Stator 5 angeordnet, wobei das äußere Ende der Halterung 920 im Bereich des Gehäuses 91 angeordnet ist, so dass eine elektrische Verbindung mit weiteren Komponenten wie zum Beispiel einer Auswerteinheit erfolgen kann.
Die Zwischenstufendichtung 7 umfasst des Weiteren eine stromabwärtige, sich radial erstreckende Rückseite 73, die im dargestellten Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks axial beabstandet zu der Turbinenscheibe 62 des Rotors 6 angeordnet ist, wobei die Turbinenscheibe 62 eine ebenfalls sich radial erstreckende Außenfläche 620 in diesem Bereich aufweist, die parallel zur der Rückseite 73 verläuft. Zwischen der Rückseite 73 und der Turbinenscheibe 62 verläuft ein Teil des bereits erwähnten Spaltes 81 zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 6.
Die Rückseite 73 umfasst eine Finne 74, die sich zu ihrem Ende verjüngt und schräg in den Spalt 81 hineinragt.
In dem Abschnitt der Zwischenstufendichtung 7, die die Rückseite 73 ausbildet, sind eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeter Vordralldüsen 76 ausgebildet, die dazu dienen, Sekundärluft in Rotation zu versetzen und in Richtung der Turbinenscheibe 62 umzulenken und zu beschleunigen, so dass eine effektivere Kühlung der Turbinenscheibe 62 und der Laufschaufel 61 erfolgt. Die Sekundärluft bzw. Kühlluft wird von einer Verdichterstufe des Verdichters des Gasturbinentriebwerks abgezweigt.
Im Falle des Versagens eines oder mehrerer der Schublager zur Lagerung der Hochdruckturbinenwelle des Gasturbinentriebwerks, die mit den Rotoren 6, 60 gekoppelt ist, wandern die Rotoren 6, 60 axial nach vorne. Dies führt dazu, dass die rotierende Turbinenscheibe 62 mit Komponenten der statischen Zwischenstufendichtung 7 in Kontakt gerät. Dies verdeutlicht die 5.
Gemäß der 5 sind die Rotoren 6, 60 axial nach vorne (d. h. in der Darstellung der 4 und 5 nach links) gewandert. Dementsprechend ist die Labyrinthdichtung 93 im Wesentlichen aufgehoben. Der Spalt 81 zwischen der Rückseite 73 der Zwischenstufendichtung 7 und der Außenfläche 620 der Turbinenscheibe 62 ist geschlossen, wobei die Rückseite 73 in Kontakt mit der Außenfläche 620 getreten ist. Der Übergang zwischen der in der 4 dargestellten Normalsituation und der Situation der 5 erfolgt sukzessive, wobei zunächst die Finne 74 in Kontakt mit der Außenfläche 620 der Turbinenscheibe 62 tritt und dabei sukzessive abgetragen wird. Dies ist allerdings noch unkritisch. Als kritisch ist jedoch anzusehen, dass die Rückseite 73 und die Turbinenscheibe 62 vollflächig aneinander in Anlage geraten und dementsprechend eine hohe Reibung zwischen diesen beiden Teilen besteht, die zum einen zu einem Materialabrieb und zum anderen zu einer Temperaturerhöhung führt.
Die in der 5 dargestellte Situation ist zum einen sicher und schnell zu detektieren. Zum anderen ist es vorteilhaft, die Reibung zwischen der Rückseite 73 und der Turbinenscheibe 62 im Falle des Auftretens einer solchen Situation zu reduzieren.
Zur Bereitstellung solcher Funktionalitäten zeigt die 6 eine erfindungsgemäße Baugruppe, die gegenüber der Baugruppe der 4 im Hinblick auf die Ausgestaltung der radial nach außen gerichteten Nut 71 der Zwischenstufendichtung 7 und im Hinblick auf die Ausgestaltung der Rückseite 73 der Zwischenstufendichtung 7 abgewandelt ist. Die übrigen Elemente der Baugruppe sind identisch, so dass auf die diesbezügliche Beschreibung der 4 Bezug genommen wird. Die 6 zeigt dabei zusätzlich schematisch dargestellte Auswertmittel 95, die mit dem Temperatursensor 92 verbunden sind und die eine durch den Temperatursensor 92 erfasste Temperaturänderung auswerten können.
Die radial nach außen gerichtete Nut 71, die die Schiene 54 der radial inneren Plattform 52 aufnimmt, weist bei der Baugruppe der 6 eine axiale Breite auf, die größer ist als die axiale Breite der Schiene 54. Dementsprechend ist in der Darstellung der 6 die axial hintere Nutwand 712 axial beabstandet zu der Schiene 54 angeordnet. Die axial vordere Nutwand 711 ist dagegen in axialer Anlage an der Schiene 54, so dass keine Luft von der Zwischenstufenkavität 8 in den Abschnitt 42 des Hauptströmungspfads 4 strömen kann.
Die 7 zeigt - entsprechend der 5 - den Zustand der Baugruppe, wenn die Rotoren 6, 60 aufgrund eines Versagens eines oder mehrerer der Schublager axial nach vorne gewandert sind. In der 7 ist dabei gut zu erkennen, dass die axiale Breite 713 der Nut 71 größer ist als die axiale Breite der sich radial nach innen erstreckenden Schiene 54 der radial inneren Plattform 52 des Stators 5. Da der Rotor 62 nach Kontaktierung der Rückseite 73 die Zwischenstufendichtung 7 insgesamt axial nach vorne bewegt, und aufgrund der vergrößerten axialen Breite der Nut 713, gerät die axial vordere Nutwand 711 in axialen Abstand zu der Schiene 54, wobei sich ein Spalt 714 in der Nut 71 bildet, durch den ein Gasstrom von der Zwischenstufenkavität 8 in den Abschnitt 42 des Strömungspfad strömen kann. Dies kann zusätzlich auch dadurch ermöglicht werden, dass die Nutwand 712 nicht über den gesamten Umfang der Zwischenstufendichtung 7 vorhanden ist, sondern lokale Aussparungen für einen Gasdurchtritt ausbildet. In jedem Fall ist der Spalt 714 freigegeben, wenn sich die axial vordere Nutwand 711 von der Schiene 54 abhebt und bis die axial hintere Nutwand 712 sich an die Schiene 54 anlegt.
Die mit der Öffnung des Spalts 714 sich verändernden Druckverhältnisse und Strömungen in der betrachteten Baugruppe werden in Bezug auf die 9 und 10 erläutert.
Die 9 entspricht dabei der 6, wobei lediglich zusätzlich die in den einzelnen Bereichen herrschenden statischen Drücke dargestellt sind. Im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks gemäß den 6 und 9 liegt der größte Druck P1 in der Zwischenstufenkavität 8 vor, da diese mit Sekundärluft beaufschlagt wird. Der Druck P1 ist dabei größer als der Druck P2, der im Abschnitt 41 des Hauptströmungspfads 4 herrscht, so dass ein Gasstrom 101 durch die Labyrinthdichtung 93 von der Zwischenstufenkavität 8 in den Hauptströmungspfad 4 erfolgt.
Der Druck P1 in der Zwischenstufenkavität 8 ist auch größer als der Druck P4 in dem Abschnitt 42 des Hauptströmungspfads 4 und der Druck P3 in dem Spalt 81 zwischen dem Stator 5 und dem Rotor 6. Gleichzeitig ist P4 kleiner als P2. Dementsprechend strömt ein weiterer Gasstrom 103 durch die Vordralldüsen 76, der sich über nicht dargestellte Kavitäten weiter in die Laufschaufeln 61 erstrecken kann. Über einen Gasstrom 102 wird Kühlluft über die Labyrinthdichtung 94 in den Spalt 81 eingeblasen. Da der Druck P4 in dem Abschnitt 42 des Hauptströmungspfads 4 des Weiteren kleiner ist als der Druck P3 in dem Spalt 81, existiert ein weiterer Gasstrom 104 vom Spalt 81 in den Abschnitt 42.
Die Druckverhältnisse und Strömungen ändern sich, wenn nach Versagen eines oder mehrerer Schublager die Rotoren 6, 60 axial nach vorne wandern, wie in der 10 dargestellt, die in der 8 entspricht und zusätzlich die herrschenden Drücke und Strömungen anzeigt.
Durch den geöffneten Spalt 714 der Nut 71 strömt nun ein Gasstrom 106 von der Zwischenstufenkavität 8 in den Abschnitt 42 des Hauptströmungspfads 4, in dem der kleinste Druck P4 herrscht. Dieser Gasstrom 106 bewirkt einen Druckabfall in der Zwischenstufenkavität 8. Dieser Druckabfall wiederum führt dazu, dass der Druck P1 in der Zwischenstufenkavität 8 nun niedriger ist als der Druck P2 im Bereich 41 des Hauptströmungspfads (stromaufwärts des Stators 5). Dementsprechend strömt nun Heißgas in einem Gasstrom 105 durch den vergrößerten Spalt zwischen dem Rotor 60 und dem Stator 5 in die Zwischenstufenkavität 8. Dies wird durch den Temperatursensor 92, an dem der Gasstrom 105 vorbeiströmt, detektiert. Die Temperaturerhöhung wird durch die mit dem Temperatursensor 92 verbundenen Auswertmittel 95 (vgl. 6) erfasst und im Hinblick auf die Detektion des Versagens eines Schublagers ausgewertet. Im Falle einer Detektion kann beispielsweise der Pilot eines Flugzeugs, an dem das Gasturbinentriebwerk angebracht ist, entsprechend informiert werden und/oder können weitere geeignete Maßnahmen eingeleitet werden.
Zurückkommend auf die 6 und 7 wird im Folgenden ein Merkmal erläutert, dass im Falle eines unmittelbaren Kontaktes zwischen der Turbinenscheibe 62 und der Rückwand 73 die dabei entstehende Reibung reduziert. Dies wird anhand der 8 erläutert, die eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 7 darstellt, somit den Zustand wiedergibt, wenn die Turbinenscheibe 62 und die Rückwand 73 in Kontakt stehen.
Gemäß der 8 ist die Rückseite 73 der Zwischenstufendichtung 7 mit keilförmigen Umfangsnuten 75 versehen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und die einen dynamischen Druck im Falle einer Annäherung der Turbinenscheibe 62 an die Rückseite 73 aufbauen, ähnlich dem Prinzip eines Luftlagers. Die dazu benötigte Luft tritt über die Vordralldüsen 76 an den tiefsten Stellen der Umfangsnuten 75 in diese ein. Durch diese Maßnahme wird der axiale Druckunterschied über der Zwischenstufendichtung 7 vermindert und idealerweise sogar umgekehrt, was dazu führt oder beiträgt, dass die axial vordere Nutwand 721 der Nut 71 von der Schiene 54 abhebt, so dass der axiale Spalt 714 geöffnet wird und die in Bezug auf die 9 und 10 erläuterten Druckänderungen und Temperaturänderungen auftreten.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Rückseite 73 und/oder die Außenfläche bzw. Kontaktfläche 620 der Turbinenscheibe mit einer die Reibung reduzierenden Beschichtung versehen ist. Eine solche Beschichtung 97 ist durch eine vergrößerte Strichdicke an der Rückseite 73 der 8 angedeutet.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Erfassen eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität 8 über einen vom Temperatursensor 92 gemessenen Temperaturanstieg nur beispielhaft zu verstehen ist. Diese Variante ist mit dem Vorteil verbunden, dass kein zusätzlicher Sensor eingesetzt werden muss, da der Temperatursensor 92 typischerweise ohnehin zur Überwachung der Strömung durch die Labyrinthdichtung 93 vorhanden ist. Grundsätzlich kann ein Druckabfall in der Zwischenstufenkavität jedoch auch in anderer Weise direkt oder indirekt, beispielsweise über einen zusätzlichen Sensor, der ein Drucksensor sein kann, erfasst werden.
Die 11 zeigt schematisch und beispielhaft ein Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers bei der in Bezug auf die 6-10 beschriebenen Baugruppe.
In einem ersten Schritt 111 wird die Zwischenstufenkavität 8 mit Sekundärluft derart beaufschlagt, dass im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks der in der Zwischenstufenkavität 8 anliegende statische Druck größer ist als der im Hauptströmungspfad 4 vor dem Stator 5 herrschende statische Druck. Gemäß Schritt 112 erfolgt ein fortlaufendes direktes oder indirektes Messen des in der Zwischenstufenkavität herrschenden Druckes und/oder der dort herrschenden Temperatur, wobei eine fortlaufende Messung nicht ausschließt, dass nur in bestimmten Zeitintervallen Messwerte aufgenommen oder ausgewertet werden.
In einem weiteren Schritt 113 wird ein Druckabfall und/oder ein Temperaturanstieg in der Zwischenstufenkavität 8 erkannt, wenn ein solcher vorliegt, beispielsweise durch Messung eines Temperaturanstiegs durch den Temperatursensor 92. Aus einem Druckabfall und/oder einem Temperaturanstieg wird gemäß Schritt 114 ein Versagen eines Schublagers erkannt, wenn der Druckabfall und/oder der Temperaturanstieg einen jeweils zugeordneten Grenzwert unterschreitet bzw. überschreitet.
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. Auch wird hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015226732 A1 [0003]

Claims

Baugruppe in einem Gasturbinentriebwerk, die aufweist: - einen Stator (5) und einen Rotor (6) einer Turbine (17), wobei o der Rotor (6) stromabwärts des Stators (5) angeordnet ist, o der Stator (5) Leitschaufeln (51) und eine radial innere Plattform (52) aufweist, o der Rotor (6) Laufschaufeln (61) und eine Turbinenscheibe (62) umfasst, und o die Leitschaufeln (51) und die Laufschaufeln (61) sich in einem Hauptströmungspfad (4) des Gasturbinentriebwerks erstrecken, - eine Zwischenstufendichtung (7), die einen axialen Spalt (81) mit der Turbinenscheibe (62) ausbildet, - wobei die Zwischenstufendichtung (7) eine radial nach außen gerichtete Nut (71) ausbildet, die eine sich radial nach innen erstreckenden Schiene (54) der radial inneren Plattform (52) aufnimmt, wobei die Nut (71) eine axial vordere, sich radial erstreckende Nutwand (711) und eine axial hintere, sich radial erstreckende Nutwand (712) aufweist, und wobei die axial vordere Nutwand (711) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks an der sich radial erstreckende Schiene (54) dicht anzuliegen, so dass durch die Nut (71) kein Gas strömen kann, - eine Zwischenstufenkavität (8), die zwischen der Rotorscheibe (602) eines stromaufwärts des Stators (5) angeordneten weiteren Rotors (60) und der Zwischenstufendichtung (7) ausgebildet ist, wobei die Zwischenstufenkavität (8) im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks durch Sekundärluft mit einem statischen Druck beaufschlagt ist, der größer ist als der im Hauptströmungspfad (4) des Gasturbinentriebwerks herrschende statische Druck, - wobei die Nut (71) der Zwischenstufendichtung (7) eine axiale Breite (713) aufweist, die größer ist als die axiale Breite der sich radial nach innen erstreckenden Schiene (54), derart dass, wenn der Rotor (6) sich axial nach vorne bewegt und dabei die Zwischenstufendichtung (7) axial nach vorne bewegt wird, die axial vordere Nutwand (711) in axialen Abstand zu der sich radial erstreckenden Schiene (54) gerät und die Nut (71) einen axialen Spalt (714) bildet, durch den ein Gasstrom (106) aus der Zwischenstufenkavität (8) in den Hauptströmungspfad (4) stromabwärts des Stators (5) strömen kann, und wobei dadurch ausgelöst ein Druckabfall in der Zwischenstufenkavität (8) entsteht, und - Mittel (92) vorgesehen sind, die den Druckabfall in der Zwischenstufenkavität (8) oder einen durch diesen ausgelösten Temperaturanstieg messen.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen Temperatursensor (92) umfassen, wobei im Falle eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität (8) Heißgas aus dem Hauptströmungskanal (4) in die Zwischenstufenkavität (8) strömt und der Temperatursensor (92) derart angeordnet ist, dass er einen hiermit verbundenen Temperaturanstieg misst.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (92) dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Gases zu messen, das durch eine berührungsfreie Dichtung (93) strömt, die in einem Spalt zwischen der radial inneren Plattform (52) und dem weiteren, stromaufwärts des Stators (5) angeordneten Rotor (60) angeordnet ist und die Zwischenstufenkavität (8) vom Hauptströmungspfad (4) trennt.
Baugruppe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Temperatursensor (92) verbundene Auswertmittel (95) vorgesehen sind, die die Temperatur des Temperatursensors (92) zur Detektion eines Versagens eines Schublagers auswerten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (92) in der radial inneren Plattform (52) des Stators (5) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstufendichtung (7) eine stromabwärtige, sich radial erstreckende Rückseite (73) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks axial beabstandet zu der Turbinenscheibe (62) des Rotors (6) angeordnet ist, wobei die Rückseite (73) der Zwischenstufendichtung (7) mit keilförmigen Umfangsnuten (75) versehen ist.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass keilförmigen Umfangsnuten (75) dazu vorgesehen und ausgebildet sind, bei einer Annäherung der Turbinenscheibe (62) an die Rückseite (73) einen dynamischen Druck aufzubauen, der eine Reibung zwischen der Turbinenscheibe (62) und der Rückseite (73) der Zwischenstufendichtung (7) reduziert.
Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstufendichtung (7) des Weiteren in der Rückseite (73) Vordralldüsen (76) ausbildet, die derart angeordnet sind, dass durch die Vordralldüsen (76) Luft in die Umfangsnuten (75) eintritt.
Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordralldüsen (76) derart angeordnet sind, dass durch die Vordralldüsen (76) Luft an den tiefsten Stellen der Umfangsnuten (75) in diese eintritt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (73) der Zwischenstufendichtung (7) und/oder die Turbinenscheibe (62) im potenziellen Kontaktbereich (620) mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung (97) versehen sind.
Gasturbinentriebwerk (10) mit einer Baugruppe gemäß Anspruch 1, wobei das Gasturbinentriebwerk (10) eine Hochdruckturbine (17) umfasst, die eine erste Stufe und eine zweite Stufe umfasst, wobei jede Stufe einen Stator und einen Rotor aufweist, und wobei die Zwischenstufendichtung (7) der Baugruppe zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (6) der zweiten Stufe der Hochdruckturbine (17) angeordnet ist.
Verfahren zur Erkennung eines Versagens eines Schublagers, das eine Turbinenwelle eines Gasturbinentriebwerks lagert, unter Verwendung einer Baugruppe gemäß Anspruch 1, das die Schritte umfasst: - Beaufschlagen (111) der Zwischenstufenkavität (8) mit Sekundärluft derart, dass im Normalbetrieb des Gasturbinentriebwerks der in der Zwischenstufenkavität (8) anliegende statische Druck größer ist als der im Hauptströmungspfad (4) des Gasturbinentriebwerks stromaufwärts des Stators (5) herrschende statische Druck, - fortlaufendes Messen (112) des in der Zwischenstufenkavität (8) herrschenden Druckes und/oder der dort herrschenden Temperatur, - durch das Messen Erkennen (113) eines Druckabfalls und/oder eines Temperaturanstiegs in der Zwischenstufenkavität (8), wenn ein solcher vorliegt, - Erkennen (114) des Versagens eines Schublagers, wenn der Druckabfall und/oder der Temperaturanstieg einen jeweils zugeordneten Grenzwert unterschreitet bzw. überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Druckabfalls in der Zwischenstufenkavität (8) Heißgas aus dem Hauptströmungskanal (4) in die Zwischenstufenkavität (8) strömt und ein Temperatursensor (92) einen hierdurch ausgelösten Temperaturanstieg misst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (92) die Temperatur des Gases misst, das durch eine Dichtung (93) strömt, die in einem Spalt zwischen der radial inneren Plattform (52) und dem weiteren, stromaufwärts des Stators (5) angeordneten Rotor (60) der Baugruppe angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Annäherung der Turbinenscheibe (62) an die Rückseite (73) der Zwischenstufendichtung (7) eine Reibung zwischen der Turbinenscheibe (62) und der Rückseite (73) reduziert wird, indem Sekundärluft in in der Rückseite (73) der Zwischenstufendichtung (7) ausgebildete keilförmige Umfangsnuten (75) geblasen wird.