DE3009349C2

DE3009349C2 - Rotor-Wellen-Anordnung mit Inversionsmöglichkeit des Rotors beim Auftreten einer starken Unwucht

Info

Publication number: DE3009349C2
Application number: DE3009349A
Authority: DE
Inventors: Henry Roy Brentry Bristol Briggs
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-03-17
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1982-03-04
Also published as: FR2452034A1; GB2043833B; IT1130974B; US4313712A; IT8020702A0; JPS55126143A; GB2043833A; DE3009349A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

f) der Rotor (10) durch die torsionssteife Triebverbindung (20) mit Bezug auf die Welle (13) bleibend zentriert ist, und

g) das rotorseitige Wellenende mittelbar über die Triebverbindung (20), den Rotor (10) und die Zentrierverbindung (2?, 31, 33) und parallel dazu über die Stützverbindung (23) in dem ersten Lager (24) gelager ist

2. Rotor-Wellen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützverbindung (23) als Hohlwellenabschnitt (25) mit einer ringförmigen Anordnung von darin gebildeten axialen Schlitzen ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Rotor-Wellen-Anordnung mit Inversionsmöglichkeit des Rotors beim Auftreten einer starken Unwucht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Rotoren von Gasturbinentriebwerken, beispielsweise bei großen Gebläsen, kann im Betrieb eine starke Unwucht auftreten, wenn bei laufendem Triebwerk, beispielsweise infolge eines Zusammenpralls mit einem in den Triebwerkseinlauf gelangenden Vogel, eine Laufschaufel ganz oder teilweise abreißt Die Unwuchtkraft hat zur Folge, daß der nunmehr exzentrisch liegende neue Schwerpunkt des Rotors eine präzessie* rende, stark instabile Rotationsbewegung um seine ursprüngliche Drehachse herum ausführt Um größeren Schaden am Triebwerk zu vermeiden, muß die Anordnung so getroffen werden, daß eine Inversion d. h. eine Wiedereinnahme eines stabilen Rotationszustands des Rotors derart eintreten kann, daß der Rotor nunmehr um seinen neuen, sich auf die Linie der ursprünglichen Rotationsachse verlagernden Schwerpunkt rotiert, wobei die geometrische Achse des Rotors eine Präzessionsbewegung um den dazu exzentrischen neuen Schwerpunkt ausführt.

Aus der DE-OS 2157 514 ist es bekannt, die Inversionsmöglichkeit des Gebläserotors eines Gasturbinentriebwerks dadurch zu schaffen, daß das rotorseitige Lager der den Gebläserotor antreibenden, dreifach ϊ gelagerten Welle in einem deformierbaren Stützkörper radial auslenkungsfähig abgestützt ist, während das mittlere Lager als Pendellager ausgebildet ist, so daß der starr mit der Welle verbundene Gebläserotor unter elastischer Ausbiegung der Welle beim Eiutritt einer

ίο starken Unwucht den Inversionszustand einnehmen kann. Diese Möglichkeit versagt jedoch, wenn nur eine Zweifachlagerung der Welle vorgesehen ist

Aus der DE-OS 26 55 648 ist eine Rotor-Wellen-Anordnung der eingangs genannten Gattung bekannt, die

'5 bei nur zweifach gelagerter Welle eine Inversion des Rotors beim Auftreten einer starken Unwucht ermöglicht Bei dieser bekannten Anordnung ist die Welle in beiden Lagern radial starr gelagert Der Rotor ist über eine Abreißkupplung mit einem Kranz von Scherbolzen mit der Welle gekuppelt und derart auf der Welle angeordnet, daß er im freien Zustand, d.h. nach Abscheren der Scherbolzen, ein beträchtliches radiales Spiel auf der Welle hat Die Abreißkupplung, deren Scherbolzen beim Oberschreiten einer bestimmten Unwuchtgrenzlast abscheren, bildet bei der bekannten Anordnung in normalen Betrieb, d. h. bei ausgewuchtetem Rotorlauf, die torsionssteife Triebverbindung zwischen Welle und Rotor und gleichzeitig die Zentrierverbindung zum Zentrieren des Rotors bezüg-Hch des zum Rotor benachbarten Lagers der Welle. Parallel zu der Abreißkupplung ist zwischen Rotor und Welle eine ebenfalls torsionssteife, jedoch in Querrichtung flexible Hilfstriebverbindung in Form eines ziehharmonikaartig gewellten Balges sowie eine in radialer Richtung nachgebende Stützverbindung in Form eines Kranzes von einerseits am Rotor und andererseits an der Welle befestigten axialen Stäben vorgesehen, weiche nach dem Abscheren der Scherbolzen die Übertragung des Antriebsdrehmoments von der Welle auf den Rotor bzw. are Abstützung des Rotors auf der Welle bei radialer Auslenkungsfähigkeit des Rotors bezüglich der Welle und des rotorseitigen Lagers übernehmen.

Bei dieser, hinsichtlich der Inversionsmöglichkeit des Rotors an sich befriedigenden bekannten Anordnung tritt das Problem auf, daß wegen der im normalen Betrieb über den Scherbolzenkranz der Abreißkupplung erfolgenden Antriebsdrehmomentübertragung auf den Rotor die Scherbolzen nicht nur im Hinblick auf die vorgesehene Unwuchtgrenzlast, bei welcher das Abreißen der Kupplung erfolgen soll, sondern auch noch unter Berücksichtigung des zu übertragenden Antriebsdrehmoments dimensioniert werden müssen, denn die Abreißkupplung muß in diesem Falle natürlich einerseits so stark sein, daß sie nicht bereits durch das Antriebsdrehmoment einschließlich etwa im Betrieb auftretender Drehmomentstöße zwischen Welle und Rotor abgeschert werden kann, aber andererseits soll die Kupplung auch so schwach sein, daß sie beim

Überschreiten der vorgegebenen Unwuchtgrenzlast tatsächlich abreißt. Diese beiden Forderungen lassen sich in der Praxis nur schwer verwirklichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rotor-Wellen-Anordnung mit Inversionsmöglichkeil des Rotors beim Auftreten einer starken Unwucht so zu gestalten, daß eine feste ständige Triebverbindung zwischen der Welle und dem Rotor möglich ist, welche die Drehmomentübertragung sowohl im normalen

Rotorlauf als auch nach Abscheren der Scherbolzen der Zentrierverbindung im invertierten Rotorlauf vornimmt, d, h. die Drehmomentübertragung im normalen Rotorlauf soll nicht über die Zentrierverbindung erfolgen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion kann im Gegensatz zu der aus der DE-OS 26 55 648 bekannten Anordnung die gesamte Rotor-Weilen-Anordnung invertieren, was die Verwendung einer relativ starren, den Rotor bleibend mit Bezug auf die Welle zentrierenden Triebverbindung zuläßt

Eine zweckmäßige Ausgestaltung :1er Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend rait Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in denen zeigt

F i g. 1 schematisch ein Mantelgebläse-Gasturbinentriebwerk mit einer Rotor-Wellen-Anordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 die Rotor-Wellen-Anordnung des Triebwerks nach F i g. 1 mehr im einzelnen, und

F i g. 3 einen Querschnitt in der Ebene A-A in F i g. 2.

F i g. 1 zeigt ein Mantelgebläse-Gasturbinentriebwerk mit einem Frontgebläse 10, das von einem Gebläsemantel 12 umschlossen ist Der Gebläseirotor ist auf einer ihn antreibenden Welle 13 angeordnet die mit der Niederdruckturbine 14 des Triebwerks verbunden ist Der Gebläserotor 10 besteht aus einer Radscheibe 19 und einem Kranz von an deren Umfang befestigten Gebläseschaufeln 18. Der Hochdruckverdichter 15, die Brenneinrichtung 16 und die Hochdruckturbine 17 des Triebwerks sind von üblicher Bauart. J5

Gemäß F i g. 2 ist einteilig mit der Gebläseradscheibe 19 ein Antriebskonus 20 ausgebildet, der einen an der Welle 13 befestigten Flansch 21 aufweist. Dieser Antriebskonus 20 bildet eine torsionssteife, den Rotor 10 bleibend mit Bezug auf die Welle 13 zentrierende Triebverbindung zwischen Welle und Rotor.

Die Rotor-Wellen-Anordnung ist rotorseitig in einem Lager 24 und am rotorfernen Ende der Welle in einem weiteren Lager 22 gelagert.

Das vordere Ende der Welle 13 ist über eine in radialer Richtung nachgebende Stützverbindung 23 mit dem vorderen Lager 24 verbunden, die als konzentrisch um die Welle 13 herum angeordneter Hohlwellenabschnitt 25 mit einer ringförmigen Anordnung von darin gebildeten axialen Schlitzen ausgebildet und mit einem vorderen Flansch 26 mit dem Flansch 2Ί des Antriebskonus 20 und einem entsprechenden Flansch der Welle 13 durch nicht dargestellte Schrauben verbunden ist Der Kranz der zwischen den Schlitzen des Hohlwellenabschnitts 25 verbleibenden Welle axialen Stäbe 27 ist biegeweicher und torsionsweicher als die Welle 13.

Der hintere, in dem Lager 24 gelagerte Teil der Hohlwelle 25 weist außerdem einen damit einteiligen Konus 28 auf, der in einem Radialflansch 29 endigt, der an einem entsprechenden Radialflansch 30 eines hinteren Axialansatzes 31 der Gebläseradscheibe 19 anliegt und mittels Scherbolzen 32 an diesem befestigt ist welch letztere in ihrer Gesamtheit eine Abreißkupplung 33 bilden. Diese Abreißkupplung 33 stellt mit dem Konus 28 eine den Rotor 10 mit Bezug auf das Lager 24 zentrierende Zentrierverbindung dar, die bei Überschreiten einer bestimmten Unwuchtgrenzlast durch Abscheren der Scherbolzen 32 getrennt wird.

Ni.'jh dem Abscheren der Scherbolzen 32 ist eine freie radiale Auslenkung des Gebläserotors 10 und des rotorseitigen Endes der Welle 13 möglich, so daß nach anfänglicher unwuchtbedingter Präzession des Rotors um die geometrische Triebwerksaciise eine Inversion der Rotationsbewegung der Rotor-Wellen-Anordnung eintreten und diese Anordnung um ihren neuen Massenschwerpunkt umlaufen kann, der sich auf die geometrische Triebwerksachse einstellt Die Welle 13 ist dann nur noch durch das hintere Lager 22 direkt gelagert, während das vordere Wellenende nur noch über die biegeweichen Stäbe 27 der Stützverbindung 23 mit dem vorderen Lager 24 verbunden ist. Diese Stäbe 27 sind keiner zyklischen Belastung ausgesetzt, sondern es tritt lediglich eine dem Versatz des neuen Massenschwerpunktes von der Rotorachse entgegengesetzte radiale Ausbiegung auf. Die Labyrinthdichtungen an den Lagern 22 und 24 bleiben weitgehend unbeeinträchtigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

\, Rotor-Wellen-Anordnung eines Gasturbinentriebwerks mit Inversionsmöglichkeit des Rotors beim Auftreten einer starken Unwucht, mit folgenden Merkmalen:

a) Der Rotor ist auf einem Ende der ihn antreibenden Welle angeordnet,

b) die Rotor-Wellen-Anordnung ist in einem zum Rotor benachbarten ersten Lager, eine fliegende Rotorlagerung bildend, und am rotorfemen Ende der Welle in einem weiteren Lager gelagert,

c) zwischen Welle und Rotor ist eine torsionssteife Triebverbindung vorgesehen,

d) zum Zentrieren des Rotors bezüglich des ersten Lagers ist eine Zentrierverbindung mit Scherbolzen vorgesehen, weich letztere bei Überschreiten einer bestimmten Unwuchtgrenzlast abscheren, und

e) parallel zu der Zentrierverbindung ist eine in radialer Richtung nachgebende Stützverbindung angeordnet,