-
Mit einer Auswuchteinrichtung versehene Arbeitsturbinenwelle eines
Gasturbinentriebwerks Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Auswuchteinrichtung
versehene, aus zwei Teilen bestehende Welle der freien Arbeitsturbine eines Gasturbinentriebwerks,
wobei die beiden Teile dieser Welle in Nähe des mittleren Wellenlagers durch eine
Kupplung drehfest, jedoch längsbeweglich miteinander verbunden sind.
-
Zum Auswuchten der Rotoren von Gasturbinentriebwerken ist es allgemein
bekannt, an Laufrädern und Wellen Bohrungen vorzusehen und diese mit einem Werkstoff,
der ein höheres oder niedrigeres spezifisches Gewicht als der Grundkörper aufweist,
auszufüllen, oder in diese Bohrungen Schrauben oder Stifte einzusetzen. Auch ist
es allgemein bekannt, an den Laufrädern und vor allem an den Wellen Bunde oder Ringe
anzubringen und von diesen Bunden oder Ringen an entsprechenden Stellen Material
zum Aufheben der Unwuchtkräfte wegzunehmen. Die Nachteile dieser bekannten Maßnahmen
liegen darin, daß die Bohrungen und Ausnehmungen zur Aufnahme von Auswuchtgewichten
oder die Wegnahme von Material an Bunden und Ringen den Grundkörper verletzen bzw.
den Materialfaserverlauf stören, wodurch bei den sehr hohen Betriebsdrehzahlen und
den daraus resultierenden hohen Spannungen Dauerbrüche entstehen können. Außerdem
sind diese Maßnahmen umständlich, teuer und zeitraubend. Auch ein Auswechseln dieser
Art von Auswuchteinrichtungen ist nicht immer möglich oder zumindest mit großen
Schwierigkeiten verbunden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bei
den bekannten Ausführungen auftretenden Nachteile, zum Auswuchten der Arbeitsturbinenwelle
von Gasturbinentriebwerken in Nähe des mittleren Wellenlagers eine Einrichtung zu
schaffen, die einfach in ihrem Aufbau, raumsparend in der gegebenen Möglichkeit
ihrer Anordnung und vielfach in ihrer funktionellen Anwendung ist.
-
Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine
innerhalb des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle angeordnete und drehfest mit
ihm verbundene Auswuchthülse.
-
Durch die Erfindung wird nicht nur eine den vorgenannten Forderungen
gerecht werdende, in ihrer Ausführung einfache und funktionell sichere Einrichtung
geschaffen, d. h. eine Einrichtung, die nicht in den Kraftfiuß der Wellenleistung
miteinbezogen ist, sondern es wird durch die Erfindung für die Auswuchteinrichtung
auch eine geeignete örtliche Anordnung vorgeschlagen, welche den Regeln der Auswuchttechnik
insofern entspricht, als nach diesen bekanntlich für die Anbringung der Auswuchtgewichte
eine bestimmte Entfernung vom Wellenlager gefordert wird.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, die
Auswuchthülse gleichzeitig zur Abstützung des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle
in axialer Richtung zum Verdichter hin zu benutzen; hierzu stützt sich das turbinenseitige
Ende des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle in axialer Richtung nach vorn an
einer zentral innerhalb derselben angeordneten, zur Führung eines Betriebsmittels,
wie des Schmieröls dienenden Rohrleitung ab, auf der Tragscheiben zu ihrer zentralen
Anordnung innerhalb des hinteren Wellenteils befestigt sind. Von diesen liegt die
vordere Tragscheibe stirnseitig an der Auswuchthülse an, die sich ihrerseits am
hinteren Ende des vorderen Teils der Arbeitsturbinenwelle bzw. an dem auf diesem
Wellenteil befestigten Kupplungsstück axial abstützt. Dadurch, daß ferner erfindungsgemäß
am vorderen Ende der Auswuchthülse eine Außenverzahnung vorgesehen ist, die in eine
am vorderen Ende des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle angeordnete Innenverzahnung
hinter dem mit einer Außenverzahnung versehenen Kupplungsstück eingreift, wird über
die ganze Länge des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle eine freie Ausdehnungsmöglichkeit
desselben trotz seiner axialen Abstützung (über die zentrale Rohrleitung) erreicht.
-
Die Länge der Auswuchthülse und der Abstand der vorderen Tragscheibe
vom vorderen Ende der Rohrleitung ist erfindungsgemäß so gewählt, daß zwischen dem
vorderen Ende der Rohrleitung und dem hinteren Ende eines im hinteren Ende des vorderen
Wellenteils der Arbeitsturbinenwelle fest eingesetzten Düsenmundstücks ein freier
Ringspalt für das durchströmende Schmiermittel zur Versorgung der im Bereich
der
Kupplung zwischen dem vorderen und hinteren Wellenteil befindlichen Schmierstellen
verbleibt.
-
Gemäß der Erfindung kann die Auswuchthülse als solche in ihrer Gestaltung
als Auswuchtkörper ausgebildet sein; es besteht jedoch durchaus die Möglichkeit,
innerhalb der Auswuchthülse besondere Auswuchtgewichte, die mit ihr aus einem Stück
bestehen oder mit ihr lösbar und einstellbar verbunden sind, vorzusehen.
-
Durch die Erfindung in ihrer Gesamtheit wird also nicht nur, wie bereits
näher erläutert, eine günstige Auswuchtmöglichkeit erzielt, .sondern auch gleichzeitig
eine Maßnahme zum Abstützen des hinteren Teils der Arbeitsturbinenwelle getroffen,
wobei neben der Benutzung der Auswuchthülse als Abstützmittel die zum Führen eines
Betriebsmittels bzw. von Schmieröl vorgesehene zentrale Rohrleitung als zwischenliegendes
Übertragungsglied dient. Die Trennung der Strömungsdrossel von der eigentlichen
Rohrleitung bringt den Vorteil mit sich, daß bei der Auswahl der richtigen Kalibrierung
der Düsenmündung zur Erlangung der günstigsten Verteilung der Drücke in den einzelnen
Schmierbereichen innerhalb des gesamten Schmierölsystems des Triebwerks nicht die
Rohrleitung selbst mit ausgewechselt zu werden braucht.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsmittelschnitt durch die Wellenanordnung im Bereich
des mittleren Wellenlagers eines Gasturbinentriebwerks und F i g. 2 den weiteren
Verlauf der Arbeitsturbinenwelle des Triebwerks in Richtung zur Arbeitsturbine hin.
-
Der Antrieb des Verdichters 11 des Gasturbinentriebwerks erfolgt in
üblicher Weise durch eine oder mehrere Turbinen (nicht gezeichnet) über eine Welle
12. Eine von diesen Turbinen (Verdichterantriebsturbinen) mechanisch getrennte Arbeitsturbine
13 treibt über eine Welle (Arbeitsturbinenwelle) ein vorn am Triebwerk befindliches
Getriebe (nicht gezeichnet) an, dem z. B. ein Luftschraubenantrieb (Flugtriebwerk)
nachgeschaltet ist. Die Arbeitsturbinenwelle ist geteilt ausgeführt und besteht
aus einem vorderen Wellenteil 14 und einem hinteren Wellenteil 15.
Die drehfeste
Verbindung zwischen dem turbinenseitigen Ende 15 b des hinteren Wellenteils 15 mit
der Arbeitsturbine 13 erfolgt über eine Mitnehmerverzahnung 16. Zur drehfesten Kupplung
zwischen dem hinteren Wellenteil 15 und dem vorderen Wellenteil 14, dessen vorderes
Ende (nicht gezeichnet) in axialer Richtung fixiert ist, ist ein Kupplungsstück
17 vorgesehen, das auf dem hinteren Ende 14b des vorderen Wellenteils 14 befestigt
ist und eine Außenverzahnung 18 aufweist, in die eine Innenverzahnung 19 des hinteren
Wellenteils 15 eingreift, dessen vorderes Ende 15 a auf einer auf dem Kupplungsstück
17 vorgesehenen Zentrierung 20 sitzt. Zwischen der hinteren Kante der Zentrierung
20 des Kupplungsstücks 17 und der vorderen Kante der Innenverzahnung 19 des hinteren
Wellenteils 15 ist ein größerer Spalt 21 für die gegenseitige Wärmeausdehnung der
Wellenteile 14 und 15 der Arbeitsturbinenwelle, insbesondere des hinteren
Wellenteils 15 gegenüber dem vorderen Wellenteil 14 belassen.
-
Zum Zweck des Auswuchtens der Arbeitsturbinenwelle im Bereich des
mittleren Wellenlagers 22 ist vorne innerhalb des hinteren Wellenteils 15 eine Auswuchthülse
23 angeordnet, die eine hintere Verzahnung 24 lediglich zum Durchfädeln durch die
Innenverzahnung 19 des hinteren Wellenteils 15 und eine vordere Verzahnung 25 aufweist,
die in die Innenverzahnung 19 eingreift, so daß die Auswuchthülse 23 in Umfangsrichtung
mitgenommen wird. Innerhalb der Auswuchthülse 23 sind Auswuchtgewichte 26 vorgesehen.
Sie können mit der Auswuchthülse 23 aus einem Stück bestehen; sie können aber auch
besondere Bauteile bilden und innerhalb der Auswuchthülse 23 in Umfangsrichtung
und in Längsrichtung einstellbar angeordnet sein, um beim Auswuchten allen Erfordernissen
gerecht zu werden.
-
Zentral innerhalb der Arbeitsturbinenwelle bzw. des hinteren Wellenteils
15 verläuft eine Rohrleitung 27 zum Führen eines Betriebsmittels, z. B. von Schmieröl
S. Die Rohrleitung 27 ist in ihrem mittleren Bereich über eine vordere Tragscheibe
28 und eine hintere Tragscheibe 29 innerhalb des hinteren Wellenteils 15 in radialer
Richtung gehalten. Die beiden Tragscheiben 28 und 29 sind fest mit der Rohrleitung
27 verbunden, wobei sich die vordere Tragscheibe 28 stirnseitig an der hinteren
Kante der Auswuchthülse 23 abstützt, deren vorderes Ende stirnseitig am Kupplungsstück
17 anliegt. Am turbinenseitigen Ende 27 b der Rohrleitung 27 ist ein Endstück 30
befestigt, das einen radialen Flansch 30 a aufweist, an dem das turbinenseitige
Ende 15 b des hinteren Wellenteils 15 mit einer Schulter 34 anliegt, so daß
der hintere Wellenteil 15 in axialer Richtung X (nach vorn zum Verdichter 11 hin)
über die Rohrleitung 27 und die Auswuchthülse 23 abgestützt ist, dabei sich aber,
bedingt durch Temperaturänderungen, in axialer Richtung in bezug auf die im Maschinengehäuse
in axialer Richtung fixierte Arbeitsturbine 13 und den vorderen Wellenteil 14 auf
Grund des Spalts 21 frei ausdehnen kann.
-
Die Länge der Auswuchthülse 23 und der Abstand der vorderen Tragscheibe
28 vom vorderen Ende der Rohrleitung 27 sind so bemessen, daß zwischen diesem vorderen
Ende und dem hinteren Ende einer im hinteren Ende 14 b des vorderen Wellenteils
14 eingesetzten Strömungsdrossel 31 ein Ringspalt 32 verbleibt. Durch diesen tritt
ein Teil des durchströmenden Schmieröls S (über Bohrungen 35) zur Versorgung der
verschiedenen Schmierstellen im Bereich der Kupplung 17, 18, 19 zwischen
den beiden Wellenteilen 14 und 15 aus. In der Strömungsdrossel 31 ist eine derart
bemessene Düse 33 vorgesehen, daß für die in Strömungsrichtung vor ihr liegenden
Schmierstellen die vorgesehene Druckhöhe gehalten wird.