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DE3013034A1 - Rotor-wellen-anordnung, insbesondere fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents

Rotor-wellen-anordnung, insbesondere fuer gasturbinentriebwerke

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DE3013034A1
DE3013034A1 DE19803013034 DE3013034A DE3013034A1 DE 3013034 A1 DE3013034 A1 DE 3013034A1 DE 19803013034 DE19803013034 DE 19803013034 DE 3013034 A DE3013034 A DE 3013034A DE 3013034 A1 DE3013034 A1 DE 3013034A1
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DE
Germany
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rotor
bearing
shaft
arrangement according
bearings
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DE19803013034
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Derek Aubrey Roberts
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Rolls Royce PLC
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Publication date
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  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
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Description

PATHNTAKWAIjT
DIPL. ING. K.
PHItIPPIIiE -WEIiSEB - 6TBASBB 14
8800 AUGSBUHQ
TELEFON 810470
683808 pMol β
R. 1053
Augsburg, den 1. April 19
Rolls-Royce Limited, 65 Buckingham Gate, London SWlE 6AT, England
Rotor-WeIlen-Anordnung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung betrifft eine Rotor-WeIlen-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebs- und Lagerungskonstruktion für Rotoren von Gasturbinentriebwerken, bei welcher, falls im Betrieb eine Unwucht am Rotor auftritt, eine Inversion des Rotationszustands des Rotors möglich ist.
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Bei Rotoren von Gasturbinentriebwerken, beispielsweise Dei großen Gebläsen, kann im Betrieb eine Unwucht auftreten, wenn bei laufendem Triebwerk eine Laufschaufel ganz oder teilweise abreißt. In diesem Fall wirkt eine starke Unwuchtkraft auf den Rotor ein, die zur ^olge hat, daß der Rotor exzentrisch um seine ursprüngliche Drehachse umläuft, d.h. er läuft mit seiner geometriscnen Achse um die ursprüngliche Drehachse um. Λach einer begrenzter Anzanl von Umdrehungen in diesem stark instaoilen Rotationszustand tritt eine Inversion, d.h. eine änderung des RotationsVerhaltens des Rotors derart ein, daß der Rotor nunaenr um eine durch den neuen Rotorschwerpunkt verlaufende Drehachse rotiert und demzufolge wieder einen stabilen Rotationszustand einnimmt.
Die Inversion tritt nur auf, wenn der Rotor mit einer wesentlich oberhalb seiner kritischen Drehζan1 liegenden Drehzahl umläuft. i<'ür den normalen Triebwerksbetrieb ist der Rotor so ausgelegt, daß seine kritische Drehzahl gut oberhalb der maximalen Triebwerksdrehzahl (typischerweise etwa 30 % höher) liegt, i/ienn eine Laufschaufel abreißt, ist es daher notwendig, die kritische Drehzahl des Rotors in irgendeiner V/eise so abzusenken, daß die oben erwähnte Inversion des Rotationsverhaltens eintreten Kann.
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3Q13034
In der Vergangenheit ist bereits eine Anzahl von Vorschlägen gemacht worden, um den unausgewuchteten Lauf und die Inversion von Rotoren zu ermöglichen.
Eine erste Gruppe dieser bekannten Vors cnläge gent von der liotwendigkeit aus, die Rotorantriebswelle in Lagerungen zu lagern, die in radialer Richtung verhältnismäßig unbeweglich und so ausgelegt sind, daß sie nur die beim normalen ausgewuchteten Rotorlauf auftrtenden üblichen Belastungen aufnehmen können. Dies oestattet eine Vereinfachung der Triebwerkskonstruktion, beispielsweise durch Verringerung der die Antriebswelle tragenden Lagerungen auf nur zwei anstelle der üblicherweise verwendeten drei Lagerungen. Der Möglichkeit eines unausgewuchteten Rotorlaufs und einer Inversion des Rotationszustands des Rotors ohne übermäßige Belastung der Lagerungen der Antrieoswelie wird dadurch Rechnung getra0on, daß der Rotor mittels einer Abreißkupplungeri enthaltender, flexiolen ilaltekonstruktion montiert ist.
Bei einigen unter die eben erwähnte uruppe fallenden bekannten Vorschlagen ist der Rotor über eine Aoreißkupplun^ unmittelbar in einer Lagerung radial gelagert, vierin im Betrieb eine Unwucht am Rotor auftritt, bricht die Abreißkupplung, so daß dann die unmittelbare Lagerung des Rotors
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wegfällt. Diese Abreißkupplung Dringt jedoch einige konstruktive Schwierigkeiten dahingehend mit sich, daß sie einerseits stark ^enu^ sein muß, urn die zum Rotorantrieb erforderlichen Antriebsdrehkräfte üoertragen zu können, andererseits jedoch auch ausreichend schviach sein muß, damit sie beim Auftreten einer Hotorunwucht tatsächlich bricht.
Eine zweite Gruppe der bekannten Vorschläge verfolgt das Konzept, die Antriebswelle in drei Lagerungen zu labern, von denen mindestens eine so ausgelegt ist, daß sie im Falle des Auftretens einer Unwucht und einer Inversion des Rotationszutands des Rotors pendelfähig ist oder bleibend verformt werden kann. Beispiele derartiger Lösungsvorschläge finden sich in der GB-PS 1 421 377* der GB-PS 1 418 907 und der GB-PS 1 721 540. Bei allen diesen bekannten Konstruktionen ist die Anordnung so ausgelegt, daß die gesamte Antriebswelle so biegefähig ist, daß sie sich dem invertierten Rotationszustand anpassen kann. Bei Triebwerken mit dreifach gelagerter Rotorantrieb swe He kann die Anordnung so getroffen werden, daß das dem Rotor am nächsten liegende Lager beim Auftreten einer Unwucht pendelfähig ist oder bleibend verformt werden kann, da die Antriebswelle dann in den beiden anderen Lagerungen noch zufriedenstellend gelagert werden kann. Das dem Rotor
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ORIGINAL INSPECTED
zweitnächste Lager wird am oder nahe dem Schwingungsknoten des invertierten Rotationszustands angeordnet und so ausgebildet, daß es sich der erforderlichen Auslenkung der Antriebswelle aus der Fluchtungslage anpassen kann, wie in der QB-PS 1 318 629 beschrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu&runde, eine Rotor-VJellen-AnOrdnung der eingangs genannten Art, die oeim Auftreten einer Unwucht eine Inversion des Rotationszustands des Rotors zuläßt, derart auszubilden, daß die Antriebswelle in zwei radial im wesentlichen starren nauptlagerungen gelagert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung erübrigt sich die Anordnung einer besonderen Abreißkupplung, die im Falle des Auftretens einer Rotorunwucht die Verbindung zwischen dem Rotor und seiner direkten Lagerung unterbricht.
Vorzugsweise sind die eine WeIlenlagerung, über welche der flexible Wellenendteil hinausragt, und die dritte Lagerung an einer gemeinsamen Lagerungsstelle zu einer
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gemeinsamen Lagerungsanordnung zusammengefaßt. Die dritte Lagerung kann ein herkömmliches Rollen- oder Kugel-Stut ζlager aufweisen, das in einer zerquetschbaren oder auf andere Weise verformbaren Halterung angeordnet ist, Diese Halterung der dritten Lagerung kann plastisch oder elastisch verformbar oder abscherbar sein.
Ferner kann es sich bei der dritten Lagerung um ein Quetschfilmlager handeln, wie es beispielsweise in der GB-PS 957 317 beschrieben ist.
Die Antriebswelle weist vorzugsweise einen hohlzylindrischen Hauptteil auf, und der flexible Antriebswellenendteil ist als torsionssteifes Rohr ausgebildet, das in die Bohrung des höh!zylindrischeη Wellenhauptteils hineinragt und an einer zwischen den beiden rt'ellenlagerungen gelegenen Stelle an diesem Hauptteil befestigt ist.
Die Erfindung wird nachstehend mit Jezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise menr im einzelnen beschrieben. iis zeigt:
Fig. 1 iSixien schematisch en Axialschnitt
durch ein Frontgebläse-Gasturbirien-
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Flugzeugtriebwerk, dessen Gebläserot or-Antrieb swellen-Anordnung gemäß der Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 2 im Axialhalbschnitt die Gebläse
rotor- Antriebswellen- Anordnung des Triebwerks nach Fig. 1 mehr im einzelnen, und
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform
der Rotor- und v/e Ilen-Lage rungsanordnung.
Fig. 1 zeigt ein xMantelgebläsetriebwerk 10 mit einem in einem Gebläsekanal 12 arbeitenden Frontgebläse 11. Der Gebläserotor weist eine "Vielzahl von Gebläseschaufeln IJ auf, die in üblicher V/eise am Umfang einer Rotorscheibe befestigt sind.
Die Rotorscheibe 14 ist auf einem flexiblen Endteil 15 einer Antriebswelle 16 montiert, die von einer Turbine 17 angetrieben wird. Die Turbine 17 wird ihrerseits vom Abgasstrom des Basistriebwerks angetrieben, das von üblicher Bauart ist und einen oder mehrere Verdichter Id, eine Brenneinrichtung 19 und eine Turbine 20 aufweist.
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Der Abgasstrom des Basistriebwerks tritt durch ein Strahlrohr 21 am hinteren Triebwerksende aus.
Gemäß Fi1;. 2 ist die Antriebswelle Io in zwei ii lagerungen 22 und 23 gelagert, die an der feststehenden Konstruktion 2 4 des Triebwerksgenäuses befestigt sind. Die vordere Lagerung 23 ist als Kugeis tutζlager und die hintere Lagerung 22 als Rolleritraglager ausgebildet. Die in Fig. 2 nicht dargestellte Turbine 17 ist in üblicner Weise hinterhalb der hinteren LagerUn0 22 auf eier· Antriebswelle l6 montiert.
Der flexible Endteil Ij der Antriebswelle Io ragt über die vordere Lagerung 2 3 nacn vorne hinaus und ist durch ein Rohr 25 gebildet. Dieses Rohr 25 ist torsionssteif, d.ii. das von der Turbine 17 abgegebene Drehmoment kann über das Rohr 25 auf den (ieblaserotor 10 übertrafen werden. Das Rohr 25 ragt in die Bohrung der hohlzylindrischen Antriebswelle 16 hinein und ist an dieser an einer zwischen den beiden Lagerungen 22 und 23 gelegenen Stelle befestigt.
An seinem vorderen Ende trägt das Rohr 25 einen Radialflansch 26, an welchem die Gebläserotorscheibe 14 angeschraubt ist. Von der Rotorscheibe 14 ragt ein damit einteilig ausgebildeter, ein Tragrohr bildender hohlzylindriscner Ansatz
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nach hinten we^, über welchen der Rotor 10 mit einer dritten Lagerung 28 unmittelbar verbunden ist.
Das die dritte Lagerunu bildende Lager 2 8 weist einen inneren Lagerlaufring 29, der auf den Ansatz 27 der Rotorscheibe 14 Montiert ist, einen äußeren Lagerlaufring 30, der mit Radialabstand in einer von der feststehenden Konstruktion 24 gehalterten Zwischenhülse sitzt, und zwischen den beiden Lagerlaufringen angeordnete Rollen 32 auf. Eine (^versorgungseinrichtung führt Öl in den Zwischenraum 33 zwischen dem äußeren Lagerlaufring 30 und der Zwischenhülse 31 zur Bildung eines 01-quetschfilmes zu. Eine geeignete Bauform eines hydrodynamischen Quetschfilmlagers ist in der GB-PS 957 317 beschrieben.
Das Öl wird mit Hilfe von Labyrinthöldxchtungen 3^ in der Lagerung 2 8 gehalten. Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, bilden die beiden Lagerungen 2 3 und 2 8 zusammen eine einzige Lagerungsanordnung, was die Ölversorgung und die ölabdichtung vereinfacht.
Gewünschtenfalls können zwischen dem Ansatz 2 7 der Rotorscheibe und dem das flexible Wellenendteil 15 bildenden Rohr 25 sowie zwischen diesem und dem vorderen Ende des
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Antrxebswellenhauptteils l6 flexible elastische Gummipolster 35 zur Stoßabsorption und Dämpfung angeordnet sein.
Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der vorderen Wellenlagerung 23 und der dritten Lagerung 2 8. Gemäß Fig. 3 ist in einer Kammer 37 ein zerquetschbares oder zerbrechbares Stützelement 36 zwischen der Zwischenhülse 31 und der feststehenden Konstruktion 24 angeordnet. Die Zwischenhülse 31 ist derart verkürzt, daß sie sich nur über die axiale Länge des Lagers 28 erstreckt. Das zerquetschbare Stützelement 36 kann aus einem plastisch verformbaren Werkstoff, beispielsweise geschäumtem Metall oder Streckmetall oder anderem zelligem Material, oder aus federelastischem Werkstoff wie beispielsweise Gummi hergestellt sein, um eine Dämpfung zu erzeugen. Das normale Quetschfilmlager ist im Zwischenraum 33 gebildet, wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben. Die Kammer 37 kann außerdem noch öl enthalten, um eine Dämpfung für den Fall zu erzielen, daß Unwuchtkrafte das Lager 2 8 relativ zur feststehenden Konstruktion 24 radial auslenken.
Es sind auch noch andere Möglichkeiten der Halterung des äußeren Lagerlaufrings 30 des Lagers 28 in der
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feststehenden Konstruktion 2 4 möglich., Beispielsweise kann zwischen der Zwischenhülse 31 und der feststehenden Konstruktion 24 ein Zwischenraum gebildet sein, und die Zwischenhülse 31 kann mit Hilfe abscherbarer Stifte an der feststehenden Konstruktion 24 befestigt sein.
Eine weitere Dämpfungsmöglichkeit zwischen der feststehenden Konstruktion 24 und der Zwischenhülse 31 besteht darin, daß die Zwischenhülse 31 und die sie halternde feststehende Konstruktion 24 in einander entsprechender Weise jeweils eine gewellte Form haben, wie in der GB-PS 1 2 84 602 beschrieben ist, wobei zwischen den beiden miteinander zusammenwirkenden Flächen dieser beiden Teile ein Druckölfilm erzeugt wird.
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-M-
Leerseite

Claims (1)

  1. PATSNTANWΛ LT
    DIPL. ING. K.
    KBIUPFIKB -WBIiSEB · ΘΙΒΑββΒ 14
    8000 AUOSBUBG
    TBLBVOlT 51·47β
    essiox patal Λ
    — 1 —
    Patentansprüche
    Q) Rotor-Wellen-Anordnung mit einer torsionssteifen Antriebswelle, die an zwei axial auseinanderliegenden Stellen in radial festgelegten Lagerun^n &elaoert ist, und mit ein-jm auf einem über die eine La0UrUn0 ninausragenden ,Jellenendteil angeordneten Rotor, dadurch «-^kennzeichnet, daß der über die eine Lagerung (23) hinausragende V/ellenendteil (Ib") bieoefähiuer als der zwiscnen den beiden Lagerungen (22, 23) verlaufende w'e llenabs chnitt (Io) ist, und daß der Rotor (14) außer an dem flexiblen Wellenendteil (15) auch auf einem starren Tragrohr (27) befestigt ist, das in einer dritten, bei unausgewuchtetem Rotor radial aus lenkfähigen Lagerung (28) drehbar gelagert ist.
    2. Rotor-Wellen-Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Lagerung (23), über welche der flexible Wellenendteil (15) hinausragt, und die dritte Lagerung (28) im Bereich einer gemeinsamen Lagerungsstelle zu einer gemeinsamen Lagerungsanordnung zusammengefaßt sind.
    3o Rotor-Wellen-Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Lagerungen (22, 23) der Antriebswelle verlaufende Wellen-
    abschnitt (l6) hohlzylindrisch ist und daß der flexible Wellenendteil (15) als torsionssteifes Rohr ausgebildet ist, das in die Bohrung des hohlzylindrischen Wellenabschnitts hineinragt und an einer zwischen dessen beiden Lagerungen gelegenen Stelle an diesem Wellenabschnitt befestigt ist.
    4. Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Lagerung (28) ein in einem verformbaren Haltebauteil (31, 33) montiertes Rollen- oder Kugel-Stützlager aufweist.
    5. Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Lagerung (28) als Quetschfilmlager ausgebildet ist.
    6. Rotor-Wellen-Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Quetschfilm zwischen einem äuberen Lagerlaufring (30) der dritten Lagerung (2 8) und einer Zwischenhülse (31) gebildet wird, die ihrerseits mit Radialabstand von der die Halterung der dritten Lagerung bildenden feststehenden Konstruktion (24) angeordnet ist.
    7. Rotor-WeIlen-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwiscnenhülse (31) bezüglicn der
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    feststehenden Konstruktion (24) durch Scnerstifte radial festgelegt ist, die bei Einwirkung einer bestimmten radialen Auslenkungskraft des Laders brechen.
    8. Rotor-Wellen-Anordnung nach Anspruch 6 oder 7j dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum zwiscnen der Zwischenhülse (31) und der feststehenden konstruktion (24) ein zerquetschbares bauteil (3t>) angeordnet ist.
    9. Rotor-Wellen-Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dß der Zwischenraum zwiscnen der Zwischenhülse (31) und der feststehenden Konstruktion (24) öl enthält.
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DE3013034A 1979-04-07 1980-04-03 Rotor-Wellen-Anordnung für ein Gasturbinentriebwerk Expired DE3013034C2 (de)

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