Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für ein Triebwerk, insbe¬ sondere einen Rotor für einen Verdichter eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine.

Rotoren für Verdichter von Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken sind meist so aufgebaut, dass Luft an dem Verdichter des Triebwerks abgezweigt und möglichst verlustarm nach innen zu einem Verbraucher, insbesondere zur Kühlung, geleitet werden kann. Bei dieser Führung des Kühlluftmassen- stroms entstehen bereits beim Abzweigen der Luft aus der Verdichtertrom¬ mel und Leitung zu der Scheibennabe, auf der die Verdichterscheiben gela¬ gert sind, erhebliche Druckverluste. Daher wird ein Luftdurchsatz in der Größe, die notwendig ist, um eine ausreichende Kühlung der Turbine erzeu¬ gen zu können, nicht ermöglicht.

Damit Luft von der Verdichtertrommel zu der Scheibennabe gelangen kann, sind in der Regel Öffnungen oder Bohrungen an der Außenseite des Rotors vorgesehen. Diese Öffnungen sind beispielsweise an Scheibenflügeln bezie¬ hungsweise Flanschen der Scheiben vorgesehen. Über diese Öffnungen kann ein radialer Massenstrom von Verdichterluft aus der Verdichtertrommel in den Rotor, insbesondere zwischen die Scheiben, eintreten. Da durch die Luftführung über eine Bohrung in eine zwischen den Scheiben gebildete Kammer eine Verwirbelung beziehungsweise ein Drall in der Strömung ent¬ steht, kommt es zu Strömungsverlusten. Insbesondere entsteht nach dem Durchströmen der Öffnung ein System aus freiem Wirbel und Ξkman- Schichten. Durch diese Strömungsbedingungen kommt es zu einem starken Druckabfall, der ein Erreichen des geforderten Durchsatzes von beispiels¬ weise (0,7-1,5%) unmöglich macht.

Um dieses Strömungsbild und die daraus entstehenden Druckverluste zu ver¬ meiden, werden in einigen Triebwerken Vorrichtungen eingesetzt, die die radiale Strömung führen sollen. Beispielsweise kommen radial gerichtete Rohre zum Einsatz, die auch als "Giggle Tubes" bezeichnet werden. Durch diese Rohre kann ein starrer Wirbel erzwungen werden, durch den lediglich ein niedriger Druckabfall erzeugt wird. Auf diese Weise kann die gefor¬ derte Durchflussmenge für die Kühlung zwar erzielt werden, diese Lösung des Stands der Technik weist aber eine Reihe anderer Nachteile auf. Zum einen stellt die Befestigung dieser Tubes ein Problem dar. Weiterhin ist das durch diese Rohre und die Befestigungsvorrichtung für die Rohre er¬ höhte Gewicht des Rotors nachteilig. Schließlich unterliegen diese Rohre einem Reibungsverschleiß, dem so genannten Fretting, und sind Schwingun¬ gen ausgesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Rotor zu schaf¬ fen, bei dem ein ausreichender Durchsatz von Luft von der Trommel zur Scheibennabe realisiert werden kann und gleichzeitig die weiteren Proble¬ me des Stands der Technik behoben werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem ein bei der Leitung von Luft in das Innere des Rotors entstehender Wirbel in mehrere Teilwirbel aufgeteilt wird.

Die Aufgabe wird daher gelöst durch einen Rotor für ein Triebwerk, insbe¬ sondere ein Flugzeugtriebwerk oder eine Gasturbine, wobei der Rotor zu¬ mindest zwei miteinander verbundene Rotorscheiben aufweist. Der Rotor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Eintrittsöffnung für den Eintritt von Fluid aus dem den Rotor umgebenden Bereich in eine Kammer in einer oder zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben vorgesehen ist und in der Kammer mindestens ein Unterbrechungselement mit mindestens einem Fluiddurchlass angeordnet ist.

Als Bereich um den Rotor wird erfindungsgemäß der Bereich außerhalb eines Radius bezeichnet, an dem die äußerste Verbindungsstelle zwischen benach¬ barten Rotorscheiben vorgesehen ist. Insbesondere stellt dieser Bereich die Verdichtertrommel dar, in der die Schaufeln der Verdichterscheiben laufen und die von dem Verdichtergehäuse umgeben ist.

Durch das Vorsehen eines Unterbrechungselements, das den Luftstrom stört beziehungsweise unterbricht, kann sich ein Wirbel, der sich beim Eintritt durch die Eintrittsöffnung ohne Unterbrechungselement ausbilden würde, nicht voll entfalten. Der Strömungsverlauf wird durch das Passieren des Durchlasses in dem Unterbrechungselement geändert. Es entstehen beim Vor¬ sehen eines einzigen Unterbrechungselements zwei Teilwirbel, wobei sich einer nach der Eintrittsöffnung und einer nach dem Durchlass ausbildet. Mit diesem Strömungsbild kann der Druckverlust und damit der Luftdurch¬ satz zu der Nabe und weiter zu der Turbine optimiert werden.

In einer Ausführungsform ist der Rotor so ausgestaltet, dass durch das mindestens eine Unterbrechungselement mindestens zwei radial benachbarte Kammern gebildet werden, die durch den Fluiddurchlass miteinander verbun¬ den sind. Als Kammer wird im Sinne dieser Erfindung ein Raum bezeichnet, dessen Ab¬ messung in axialer Richtung des Rotors über zumindest einen Teil der Höhe des Raums größer als die Abmessung der Eintritts- und Austrittsöffnung ist.

Durch diese Ausgestaltung des Rotors kann sich in den einzelnen Kammern ein geeignetes Strömungsbild ausbilden und insgesamt eine Strömung er¬ zielt werden, die zu einem sehr geringen Druckverlust und dadurch zu ei¬ nem optimalen Durchsatz für Kühlluft führt.

Ist nur ein Unterbrechungselement vorgesehen, so kann sich in der Strö¬ mung in der ersten Kammer aufgrund der radialen Begrenzung durch das Un¬ terbrechungselement nur eine geringe Verwirbelung einstellen. Gleiches gilt für die zweite Kammer, die der Nabe des Rotors zugewandt ist.

Der Rotor besteht aus mindestens zwei Rotorscheiben, die über geeignete Verbindungsmittel starr miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise durch Schrauben oder Schweißen erzeugt werden.

Die Rotorscheiben werden vorzugsweise so miteinander verbunden, dass zwi¬ schen den einzelnen, den Rotor bildenden Rotorscheiben jeweils ein Ab¬ stand besteht. In einer Ausführungsform wird das mindestens eine Unter¬ brechungselement in diesem Zwischenraum zwischen jeweils zwei benachbar¬ ten Rotorscheiben vorgesehen und so zwei Kammern in dem Zwischenraum ge¬ bildet. Gegenüber der Ausführungsform, bei der das mindestens eine Unter¬ brechungselement in der Rotorscheibe selbst eingebracht ist und somit die Kammern in der Scheibe gebildet werden, weist diese Ausführungsform den Vorteil einer einfacheren Herstellung auf. Die Scheiben müssen nicht auf¬ wändig durch Hohlgießverfahren hergestellt oder einem aufwändigen Bohr¬ verfahren unterzogen werden.

Das Unterbrechungselement stellt vorzugsweise ein Verbindungselement dar. Hierdurch kann die Stabilität des Rotors weiter gesteigert werden. Zumin¬ dest ein Verbindungselement ist zur Herstellung eines Scheibenpakets, das gemeinsam gelagert wird, zwingend vorzusehen. Dieses Verbindungselement stellt beispielsweise einen Scheibenflansch dar. In diesem Verbindungs¬ element kann die Eintrittsöffnung vorgesehen werden. Das Verbindungsele¬ ment bietet sich hierfür an, da die Wandstärke der Verbindungselemente, wie beispielsweise Scheibenflansche, in der Regel geringer als die Wand¬ stärke der Scheibe ist. Hierdurch ist das Einbringen einer Bohrung oder einer anderen Öffnung in das Verbindungselement einfacher als das Ein¬ bringen einer Bohrung durch die Scheibe. Durch Ausgestaltung des Unter- brechungselements als weiteres Verbindungselement kann die Stabilität des Rotorpakets weiter erhöht werden. Ein Einbringen eines Durchlasses in dieses weitere Verbindungselement kann ebenfalls auf einfache Weise durchgeführt werden.

Besonders bevorzugt sind sowohl die Eintrittsöffnung als auch der mindes¬ tens eine Durchlass so ausgestaltet, dass diese eine Länge aufweisen, die die Strömung führt. Dies wird insbesondere durch Einbringen der Ein¬ trittsöffnungen in Bauteile geringer Wandstärke erzielt und bringt die strömungstechnisch erforderlichen Bedingungen für die Erzeugung mindes¬ tens zweiter Teilwirbel mit geringem Druckverlust.

Die Eintrittsöffnung und der mindestens eine Durchlass sind vorzugsweise radial angeordnet. Durch diese Ausrichtung kann sichergestellt werden, dass die Strömung, die beispielsweise in die äußere Kammer gelangt, diese ohne extreme Verwirbelungen wieder verlassen kann. Besonders bevorzugt sind die Eintrittsöffnung und der Durchlass miteinander ausgerichtet. Die Austrittsöffnung der zweiten, inneren Kammer wird durch den Abstand zwi¬ schen den benachbarten Scheiben an deren inneren Radius gebildet. Am in¬ neren Radius sind die Scheiben in der Regel verstärkt. Hierdurch wird ei¬ ne Verjüngung der inneren Kammer an deren Auslass gebildet, über den die Luft aus dieser austritt.

Das Unterbrechungselement und das Verbindungselement, in dem die Ein¬ trittsöffnung vorgesehen ist, sind vorzugsweise integral mit einer der Scheiben ausgestaltet und stellen insbesondere Scheibenflansche bezie¬ hungsweise Disk Wings dar. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Herstellung der Scheibenpakete vereinfacht werden kann, da ein gesonderter Befestigungsvorgang des Verbindungselements und des Unterbre¬ chungselements an beiden benachbarten Scheiben entfallen kann. Zudem wird die Stabilität durch integrale Ausgestaltung verbessert.

Das Unterbrechungselement wird in einem Bereich vorgesehen, in dem sich aufgrund der Eintrittsöffnung ein System aus freiem Wirbel und Ekman Schichten ergeben würde. Durch Unterbrechung der Strömung in diesem Be¬ reich kann das Strömungsbild insgesamt verbessert werden. Ein sich in der ersten Kammer ausbildender Drall weist eine gewisse Wirbelumfangsge¬ schwindigkeit auf, die durch das Passieren des Durchlasses zurückgesetzt wird. Ein durch Schräganströmung des Durchlasses auftretender Druckver¬ lust ist im Vergleich zu einem Druckverlust, der sich bei Weiterentfal¬ tung des Wirbels ergeben wird, gering. Der erfindungsgemäße Rotor wird vorzugsweise in dem Hochdruckverdichter des Triebwerks eingesetzt.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Fi¬ guren ausführlich erläutert. Es zeigen:

Figur 1: einen Abschnitt eines Rotors gemäß dem Stand der Technik in ei¬ ner schematischen Schnittansicht;

Figur 2 : einen Abschnitt eines weiteren Rotors gemäß dem Stand der Tech¬ nik in einer schematischen Schnittansicht; und

Figur 3 : einen Abschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 werden im Folgenden die Lösungen und Probleme des Stands der Technik erläutert.

Figur 1 zeigt einen Abschnitt eines Rotors 10. Dargestellt sind zwei Ro- torscheiben 12 und 14, in deren Bohrung sich eine Welle 16 befindet. Die Scheiben 12 und 14 weisen an ihrem äußeren Umfang jeweils Nuten auf, in denen jeweils der Fuß 18 einer Schaufel 20 fixiert ist. Die Schaufeln 20 sind in der dargestellten Ausgestaltung Verdichterschaufeln. In der dar¬ gestellten Ausführungsform weist die Rotorscheibe 12 Scheibenflansche 22 auf, die sich auf einem Radius Ra,in axialer Richtung von der Scheibe 12 erstrecken. Diese Scheibenflansche 22, die auch als Disk Wings bezeichnet werden, sind in einem Abstand zu dem äußeren Umfang der Scheibe 12 vorge¬ sehen. Dies bedeutet, dass die Scheibenflansche auf einem Radius Ra vor¬ gesehen sind, der kleiner als der Radius ist, auf dem die Nuten zur Auf¬ nahme der Schaufelfüße 18 vorgesehen sind. An den freien Enden der Schei¬ benflansche 22 sind diese mit der weiteren Rotorscheibe 14 verbunden. In der dargestellten Ausgestaltung erfolgt die Verbindung über eine Schraub¬ konstruktion 24.

Durch die Seitenwände der Scheiben 12 und 14, die Welle 16 und den Schei¬ benflansch 22 wird eine Kammer 26 gebildet. Als Einlass für Luft aus der Verdichtertrommel 28, in der sich die Schaufeln 20 befinden, ist in dem Scheibenflansch 22 eine Bohrung 30 vorgesehen. Der Auslass der Kammer 26 wird durch den Abstand der beiden Scheiben 12 und 14 im Bereich der Welle 16 gebildet. Luft, die über die Bohrungen 30, die als Eintrittsöffnungen dienen, in die Kammer 26 eintritt wird, wie in der Zeichnung schematisch durch die Rechtecke angedeutet, ein System aus freiem Wirbel und Ekman-Schichten bilden. Hierbei ist das Verhältnis des Radius Ra auf dem die Schaufel¬ flansche 22 angeordnet sind, zu dem Radius Ri an der Welle 16, an dem die Weiterleitung der Luft zu der Turbine erfolgt, für die Wirbelbildung ma߬ geblich. Bei gegebenen Randdrücken von Pl in der Verdichtertrommel und P2 an der Welle 16, ist in der Regel bei dem Verhältnis Ra/Ri der erforder¬ liche Durchsatz wegen des starken Druckabfalls im Wirbelsystem nicht er¬ zielbar.

In der Figur 2 ist eine Alternative des Stands der Technik dargestellt. Der Aufbau entspricht im wesentlichen dem des Rotors 10 aus Figur 1. Gleiche Bestandteile werden daher mit gleichen Bezugsziffern, wie in Fi¬ gur 1 bezeichnet und deren Funktion wird nicht erneut erläutert.

Von der Bohrung 30 an dem Scheibenflansch 22 aus erstreckt sich ein Rohr 32, das im Folgenden auch als Giggle Tube bezeichnet wird, in die Kammer 26. Das der Bohrung 30 gegenüberliegende Ende 34 des Rohres 32 ist an Vorsprüngen 36 an den Seitenwänden der Rotorscheiben 12 und 14 befestigt. Von dem Ende 34 des Rohres 32 aus kann der Luftstrom aus der Verdichter¬ trommel 28, der durch das Rohr 32 geleitet und durch dieses in einen starren Wirbel gezwungen wurde, in den Bereich zwischen die Rotorscheiben 12 und 14 eingebracht werden. Von dort kann die Luft abgeleitet und einer nachgeschalteten Niederdruckturbine (nicht gezeigt) zur Kühlung zugeführt werden.

In der Figur 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors dargestellt. Auch hierbei sind Bestandteile, die denen in den Figuren 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren Auf¬ bau und deren Funktion wird nicht erneut erläutert.

Wie sich der Figur 3 entnehmen lässt, ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor 10 in der Kammer 26 ein Unterbrechungselement 38 vorgesehen, das sich a- xial zwischen den Rotorscheiben 12 und 14 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Unterbrechungselement 38 an den Seitenwänden der Rotorscheiben 12 und 14 befestigt. In dem Unterbrechungselement 38, das beispielsweise als Ring ausgestaltet sein kann, der zwischen die Rotor¬ scheiben 12 und 14 eingebracht wird, ist ein Durchlass 40 vorgesehen. Dieser Durchlass 40 kann als Bohrung ausgestaltet sein oder eine Düse darstellen. Durch das Unterbrechungselement 38 wird die Strömung in der Kammer 26 un¬ terbrochen und es werden zwei radial benachbarte Kammern 42 und 44 gebil¬ det. Die Strömung, die in die Kammer 44 aus der Verdichtertrommel 28 ein¬ tritt, wird auch in diesem Rotor einer gewissen Verwirbelung unterliegen. Allerdings wird durch das in der Kammer 26 vorgesehene Unterbrechungsele¬ ment 38 und den darin vorgesehenen Durchlass 40 die Wirbelumfangsge¬ schwindigkeit an dieser Stelle zurückgesetzt. Für die Ausbildung von Wir¬ beln ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor das Verhältnis des Radius RaI, auf dem die Schaufelflansche 22 vorgesehen sind, zu dem Radius Ra2, auf dem das Unterbrechungselement 38 vorgesehen ist, und zu dem Radius Ri an der Nabe maßgeblich. Das aus dem Stand der Technik gegebene Verhältnis von Ra/Ri wird dadurch verringert. Somit wird ein Wirbel, der ohne das Unterbrechungselement 38 entstehen würde, in zwei Teilwirbel aufgeteilt, wodurch sich der Druckverlust verringert.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es liegt beispielsweise im Rahmen der Erfindung, mehr als ein Unterbrechungselement in der Kammer 26 vorzusehen. Auch der Unterschied zwischen dem Radius RaI und. Ra2 kann den Anforderungen entsprechend ge¬ wählt werden und beispielsweise kleiner als in der Figur 3 angedeutet sein. In diesem Fall wäre das Unterbrechungselement im Vergleich zu der in Figur 3 gezeigten Position weiter in Richtung des Scheibenflügels ver¬ schoben angeordnet.

Das Unterbrechungselement wird über den gesamten Umfang des Rotors vorge¬ sehen. Über diesen Umfang wird eine geeignete Anzahl von Fluiddurchläs- sen, insbesondere entsprechend der Anzahl der Ξintrittsöffnungen in dem Scheibenflansch, vorgesehen.