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DE3031562A1 - Lagerung fuer ein rotierendes teil - Google Patents

Lagerung fuer ein rotierendes teil

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Publication number
DE3031562A1
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DE
Germany
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relative movement
bearing
operating mode
recess
during
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19803031562
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English (en)
Inventor
Louis Isadore Marblehead Mass. Zirin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16F15/0237—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means involving squeeze-film damping
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    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/07—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element
    • F16C35/077—Fixing them on the shaft or housing with interposition of an element between housing and outer race ring

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Description

Lagerung für ein rotierendes Teil
Dj ρ Erfindung uezieht sich auf eine Lagerung für ein rotierendes Teil und betrifft insbesondere eine Tragvorrichtung für ein rotierendes Teil oder eine Welle, das bzw. die unter Betriebsbedingungen hohen Unwuchtkräften ausgesetzt sein kann.
Rotierende Wellen, insbesondere solche in modernen Gasturbinentriebwerken, können abnorm starken Unwuchtbedingungen im Verlaufe des Triebwerksbetriebes ausgesetzt sein. Typischerweise können diese Bedingungen auftreten, wenn Teile, wie beispielsweise eine oder mehrere Laufschaufeln, die an einer auf der Welle befestigten Scheibe montiert sind, beschädigt werden und sich von der rotierenden Scheibe lösen. Die Kombination von starker Unwucht und kritischer Drehzahl innerhalb des B^triebsbereiches der rotierenden Welle kann beträchtliche Rüttelkräfte hervorrufen, die zu starken Reibberührungen oder, im Extremfall, zu einem schnellen Ausfall des Lagers oder der Konstruktion führen können.
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Es sind bereits Versuche bekannt geworden, die darauf gerichtet sind, den starken Unwuchtbedingungen zu begegnen, die durch Ablösung einer rotierenden Laufschaufel verursacht werden. Typischerweise sind Versuche unternommen worden, durch Einstellen der Masse und der Flexibilität des rotierenden Teils die kritische Drehzahl aus dem Betriebsbereich des Triebwerks zu verlagern. Da diese Lösung das Gewicht des Triebwerks vergrößert, hat der Kraftstoffverbrauch des Triebwerks entsprechend zugenommen. Da sich irgendeine Anzahl von rotierenden Laufschaufeln von dem Triebwerk lösen kann, ist daher das genaue Schwingungsansprechverhalten und somit die kritische Drehzahl schwierig vorhersagbar. Aus diesen und anderen Gründen haben sich deshalb Einstellungen der Masse und der kritischen Drehzahl des Triebwerks nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen.
Eine weitere bekannte Lösung, mit der versucht wird, dem oben beschriebenen Zustand starker Unwucht zu begegnen, sieht einen Dämpfer in der Lagertragvorrichtung vor, der die Radialbewegung der Welle dämpft. Insbesondere haben sich Dämpfer, in denen ein Quetschfilm benutzt wird, als zum Verringern der Konsequenzen eines Zustandes starker Unwucht besonders geeignet erwiesen. Durch diese Lösung kommen jedoch zusätzliche, dem Dämpfer zugeordnete Arbeitsspalte in den Lagerträger hinein. Diese Spalte können während gewissen Zuständen im normalen Betrieb des Triebwerks eine Radialbewegung der rotierenden Welle zulassen. Die Welle hat also einen weichen Träger statt eines festen Trägers unter normalen Triebwerksbetriebsbedingungen. Die rotierenden Laufschaufeln, die mit der Welle verbunden sind, reiben dann an den feststehenden Teilen des Triebwerks, was zur Folge hat, daß größere Spalte zwischen den Laufschaufelspitzen und den feststehenden Teilen unter normalen Betriebsbedingungen vorhanden sind. Der Wirkungsgrad des Triebwerks wird daher verringert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das mit dem weichen Träger der rotierenden Welle verbundene Problem zu lösen.
Die Erfindung umfaßt zu diesem Zweck, kurzgesagt, in einer Ausführungsform eine rotierende Welle oder ein rotierendes Teil, eine neben dem rotierenden Teil angeordnete Lagervorrichtung und einen Lagerträger zum Tragen der Lagervorrichtung während der Drehung des Teils. Es sind Vorrichtungen vorgesehen zum Steuern der Bewegung der Lagervorrichtung bezüglich des Lagerträgers, wobei eine Relativbewegung zwischen der Lagervorrichtung und dem Lagerträger während einer ersten Betriebsart verhindert wird und eine Relativbewegung während einer zweiten Betriebsart gestattet wird. Es können außerdem Vorrichtungen zum Dämpfen der Relativbewegung in der zweiten Betriebsart vorgesehen sein.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Teillängsschnittansicht eines Wellentragsystems eines Gasturbinentriebwerks.
In der Figur ist insgesamt mit 10 eine Teillängsschnittansicht eines Wellentragteils eines Gasturbinentriebwerks bezeichnet. Das Triebwerk kann von irgendeinem Typ sein, beispielsweise ein Turbofan-, ein Turboluftstrahl- oder ein Turbowellentriebwerk. Da der Gesamtaufbau und die Betriebsweise solcher Triebwerke bekannt sind, ist eine ausführliche Beschreibung des Gesamtaufbaus und der Betriebsweise zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.
Ein hohles Teil oder eine Welle 12, beispielsweise eine Turbinenwelle, ist um eine Achse X-X drehbar. Für die Zwecke der Beschreibung der Erfindung sollen der im folgenden benutzte Begriff "axial" eine Richtung insgesamt längs der Achse X-X, der Begriff "radial" eine Richtung insgesamt radial zu der Achse X-X und der Begriff "umfangsmäßig" eine Umfangsrichtung um die Achse X-X bedeuten. Gemäß der Darstellung in
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der Figur erstreckt sich die Hohlwelle 12 axial längs der Achse X-X und umfangsmäßig um die Achse X-X.
Ein in radialem Abstand von der Welle 12 angeordnetes tragendes Bauteil 14 umschließt insgesamt eine Lagervorrichtung 16 und ein Lagertraggehäuse 18, die jeweils zwischen der Welle 12 und dem tragenden Bauteil 14 angeordnet sind. Das Lagertraggehäuse 18 erstreckt sich insgesamt axial längs der und umfangsmäßig um die Achse X-X und ist im Querschnitt insgesamt U-förmig, wobei die ü-Öffnung insgesamt radial nach innen weist. Das Gehäuse 18 hat einen Basisteil 20 in Anlage an dem tragenden Bauteil 14 und zwei in gegenseitigem Axialabstand angeordnete Schenkelteile 22 und 24, die von dem Basisteil 20 aus radial nach innen vorstehen. Die Schenkelteile 22, 24 bilden zusammen mit dem Basisteil 20 eine Ausnehmung 26 für im folgenden noch näher beschriebene Zwecke. Das Gehäuse 18 hat weiter einen Befestigungsflansch 18, der sich von dem Basisteil 20 aus radial nach außen erstreckt und zur starren Befestigung des Gehäuses 18 an dem tragenden Bauteil 14 mittels Befestigungselementen in Form von Schrauben und Muttern 30 dient.
Die Lagervorrichtung 16 hat einen inneren Laufring 32, der an der rotierenden Welle 12 mittels einer auf ein Ende der Welle 12 aufgeschraubten Mutter 34 starr befestigt ist. Weiter hat die Lagervorrichtung 16 einen äußeren Laufring 36 und ein Lagerteil in Form eines Rollenlagers 38, welches an den Laufringen 22 und 36 in Anlage ist, um die Wälzlagerung der Welle 12 während deren Drehung zu erleichtern. Der äußere Laufring 36 sitzt wenigstens teilweise in der Ausnehmung 26 und berührt jeweils die Schenkel 22, 24 des im Querschnitt; U-förmigen Tragehäuses 18. Der äußere Laufring 36 kann sich in einer Betriebsart innerhalb der Ausnehmung 26 radial bewegen, was im folgenden noch näher beschrieben ist.
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Der äußere Laufring 3 6 hat eine radial nach außen weisende und sich axial und umfangsmäßig erstreckende Fläche 40 in Anlage an zwei gegenseitigen Abstand aufweisenden Kreisringen 42 und 44, welche in der Ausnehmung 26 neben den Schenkeln 22 bzw. 24 angeordnet sind. Vorrichtungen in Form von Scherstiften 46 und 48 sind zum Steuern der Bewegung der Lagervorrichtung 16 gegenüber dem Lagerträger 18 vorgesehen. Die Stifte 46 und 48 sind an den Schenkeln 22 bzw. 24 starr befestigt und halten die Ringe 42 bzw. 44 in Anlage an der Fläche 40 des äußeren Laufrings 36. Die Stifte 4 6 und 48 dienen jeweils als eine Vorrichtung, die den Laufring 36 festhält, um ihn an einer Relativbewegung gegenüber dem Traggehäuse 18 während einer ersten Betriebsart zu hindern. Vorrichtungen in Form von Kerben 49 und 51 sind vorgesehen, um die Wirkung der Stifte 46 und 48 zu beseitigen und eine Relativbewegung des äußeren Laufringes 36 und des Lagertraggehäuses 18 während einer zweiten Betriebsart in im folgenden näher beschriebener Weise zuzulassen. Axial zwischen den Scherstiften 46 und 48 sind innerhalb der Ausnehmung 26 Dämpfungsvorrichtungen in Form von mehreren ringförmigen, einander
Paßringen oder
radial benachbarten/Beilegteilen 50, 52, 54, 56 und 58 vorgesehen, von denen jedes einen Außendurchmesser hat, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des nächsten radial außen benachbarten Beilegteils. Auf diese Weise ist dann eine Anzahl von sich axial erstreckenden Spalten in Form des Spalts 60 zwischen den Beilegteilen 50 und 52, des Spalts 62 zwischen den Beilegteilen 52 und 54, des Spalts 64 zwischen den Beilegteilen 54 und 56 und des Spalts 66 zwischen den Beilegteilen 56 und 58 vorhanden. Außerdem ist ein Spalt 68 zwischen dem äußeren Laufring 36 und dem radial innersten Beilegteil 50 vorhanden, während ein Spalt 70 zwischen dem Basisteil 20 des Gehäuses 18 und dem radial äußersten Beilegteil 58 vorhanden ist. Die Beilegteile 50, 52, 54, 56 und 58 können sich relativ zueinander bewegen und sind jeweils mit mehreren Löchern 74 versehen, die sich radial durch jedes Beilegten
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erstrecken und einen Fluidweg zwischen den Spalten auf jeder Seite des Beilegteils schaffen. So bilden beispielsweise die Löcher 74 in dem Beilegteil 50 einen Fluidweg zwischen dem Spalt 68 und dem Spalt 60, die auf der radial inneren bzw. äußeren Seite des Beilegteils 50 angeordnet sind. Ebenso bilden die Löcher 74 in dem Beilegteil 52 einen Fluidweg zwischen dem Spalt 60 und dem Spalt 62, die auf der radial inneren bzw. äußeren Seite des Beilegteils 52 angeordnet sind. Gleiche Anordnungen sind für die Beilegteile 54, 56 und 58 vorgesehen.
Ein Kanal 76, der in dem Basisteil 20 des Gehäuses 18 angeordnet ist, steht mit einem Loch 78 in Verbindung, das in dem tragenden Bauteil 14 angeordnet ist und seinerseits mit einer Kammer 80 in Verbindung steht. Der Kanal 76 ist mit einem Rückschlagventil 82 versehen, das einen Fluiddurchfluß nur in einer Richtung, nämlich zu der Ausnehmung 26, gestattet. Die Kammer 80 ist mit einer Druckfluidquelle (nicht gezeigt) verbunden, so daß Druckfluid durch das Loch 78, den Kanal und in die Ausnehmung 26 fließen kann. Fluid, das die Ausnehmung 26 einnimmt, wird über die Löcher 74 verteilt, so daß es in die Spalte 68, 60, 62, 64, 6& und 70 eindringt und einen dünnen Fluidfilm zwischen jedem Beilegteil 50, 52, 54, 56 und 58 schafft.
Wenn sich die Welle 12 in einer ersten Betriebsart in normalem Ausgleichszustand dreht, verhindern die Scherstifte 4 6 und 48 eine Relativbewegung zwischen der Lagervorrichtung 16 und dem Lagertraggehäuse 18. In dieser ersten Betriebsart wird ein fester Belastungsweg von dem äußeren Laufring 36 über die Ringe 42 und 44, die Schenkel 22 und 24 und den Basisteil 20 zu dem tragenden Bauteil 14 aufgebaut. Die rotierende Welle 12 wird somit steif und in einer relativ festen Radialposition gegenüber dem tragenden Bauteil 14 gehalten und es kann somit eine Reibberührung zwischen rotie-
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renden Laufschaufeln und feststehenden Teilen des Triebwerks auftreten. Weiter sind in dieser ersten Betriebsart die Beilegteile 50, 52, 54, 56 und 58 nicht in der Lage, eine Dämpfungsfunktion auszuüben.
In dem Fall, in welchem die Welle 12 auf einen Zustand starker Unwucht trifft, wie er beispielsweise durch den Verlust von einer oder mehreren Laufschaufeln verursacht wird, die der Welle zugeordnet sind, werden die Scherstifte 4 6 und 48 in den eingekerbten Bereichen 49 bzw. 51 kleineren Querschnittes brechen. In dieser zweiten Betriebsart bewegen sich der äußere Laufring 36 und damit die Lagervorrichtung 16 und die Welle 12 relativ zu dem Lagertraggehäuse 18. Der Unwuchtzustand der Welle 12 führt dazu, daß sie exzentrisch um die Achse X-X kreist, was zur Folge hat, daß der umfangsmäßige äußere Laufring 36 in der umfangsmäßigen Ausnehmung 26 kreist. An irgendeiner spezifischen Umfangsstelle bewirkt die kreisende Bewegung des Laufringes 36, daß sich der Laufring 3 6 radial weiter in die Ausnehmung 26 hinein- und radial weiter aus dieser herausbewegt. Wenn sich der Laufring 36 weiter in die Ausnehmung 26 hineinbewegt, ist er bestrebt, die Beilegteile 50, 52, 54, 56 und 58 in Richtung aufeinanderzu 2U pressen. Da Fluid die Spalte 60, 62, 64, 66, 68 und 70 einnimmt, wird das Fluid durch die Löcher 74 und in der Umfangsrichtung verdrängt, wenn die Spaltabmessungen an der vorgenannten spezifischen Umfangsstelle verkleinert werden. Auf diese Weise wird dann die Dämpfung der Bewegung des Laufringes 36 und damit der Lagervorrichtung 16 erreicht. Es kann dann zwar eine Radialbewegung der Welle auftreten, diese Bewegung wird jedoch gedämpft, ein starkes Schwingen des Triebwerkes wird vermieden und das Triebwerk kann für die Reparatur ohne große Beschädigung anderer Teile abgeschaltet werden.
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Leerseite

Claims (4)

Ansprüche :
1. Lagerung für ein rotierendes Teil, mit einer Lagervorrichtung, die neben dem Teil angeordnet ist und mit ihm in Betriebsverbindung steht, und mit einem Lagerträger zum Tragen der Lagervorrichtung während der Drehung des Teils, gekennzeichnet durch Vorrichtungen (46, 48) zum Steuern der Bewegung der Lagervorrichtung (16) in bezug auf den Lagerträger (18), wobei die Vorrichtungen eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und dem Träger in einer ersten Betriebsart verhindern und eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und dem Träger in einer zweiten Betriebsart zulassen.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung in der ersten Betriebsart verhindert wird, wenn sich das Teil (12) in einem normalen ausgeglichenen Zustand dreht, und daß die Relativbewegung in der zweiten Betriebsart gestattet wird, wenn sich das Teil in einem anomalen unwuchtigen Zustand dreht.
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3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 74) zum Dämpfen der Relativbewegung in der zweiten Betriebsart.
4. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 - 3, gekennzeichnet durch ein Lagertraggehäuse (18) zum Tragen der Lagervorrichtung (16) während der Drehung des rotierenden Teils (12), wobei das Gehäuse eine Ausnehmung (26) aufweist, in welcher der Laufring (36) wenigstens teilweise angeordnet ist, durch Vorrichtungen (46, 48) zum Festhalten des Laufringes, um ihn an einer Bewegung in der Ausnehmung während einer ersten Betriebsart zu hindern, durch eine Dämpfungseinrichtung (50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 74), die in der Ausnehmung angeordnet ist, um eine Relativbewegung zwischen dem Laufring und dem Tragegehäuse während einer zweiten Betriebsart zu dämpfen, und durch Einrichtungen (49, 51), die die Wirkung der Haltevorrichtungen (46, 48) während der zweiten Betriebsart beseitigen, um eine gedämpfte Relativbewegung zwischen dem Laufring (36) und dem Gehäuse (18) zu gestatten.
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DE19803031562 1979-08-23 1980-08-21 Lagerung fuer ein rotierendes teil Withdrawn DE3031562A1 (de)

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