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Die Erfindung betrifft eine schwingungsdämpfende Befestigung von Wellenlagern
eines Gasturbinentriebwerks am Gehäuse. Beim Auftreten einer Unwucht des Turbinenrotors,
sei es infolge wärmebedingter Massenverlagerung oder aus anderen Gründen, entstehen
im Betrieb radial gerichtete Schwingungen der Rotorwelle, die zu erheblichen Störungen,
insbesondere auch an den Dichtungen, führen können.
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Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß derartige Radialschwingungen
durch Reibungsdämpfung vermindert und weitgehend unschädlich gemacht werden können.
Es ist bei rotierenden Schleudertrommeln bekannt, zur Vermeidung unerwünschter Radialschwingungen
der Trommelwelle, die Lager radialbeweglich auszubilden, die Radialbewegung aber
durch unter Federdruck stehende Reibungsflächen zu dämpfen. Bei Wellenlagern von
Gasturbinentriebwerken hat man zwischen einer inneren und einer äußeren Lagerbüchse
radialelastische Streifen angeordnet und die Zwischenräume mit einer Radialschwingungen
der Rotorwelle dämpfenden Flüssigkeit gefüllt. Die Bemessung und Einstellung derartiger
Hilfsmittel ist unsicher und zeitraubend.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer für Gasturbinen besonders zweckmäßigen
Ausgestaltung einer reibungsgedämpften Wellenlagerbefestigung am Triebwerkgehäuse,
welche die Nachteile der bekannten Anordnungen vermeidet. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein nach außen abstehender Flansch des Lagergehäuses zwischen einer einen Reibbelag
aufweisenden, am Nabenteil des Triebwerkgehäuses anliegenden Ringplatte und einem
koaxialen - Ringteil allein über dazwischenliegende Druckfedern durch Bolzen eingespannt
ist.
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Bei dieser Befestigungsart des Wellenlagers werden etwaige im Betrieb
auftretende Radialschwingungen der Rotorwelle durch die an den praktisch über den
ganzen Umfang der Ringplatte verteilten Reibungsflächen stark gedämpft und unschädlich
gemacht. Die Einstellbarkeit des Reibungsdruckes ermöglicht beste Anpassung an die
jeweiligen Betriebsverhältnisse.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Wellenanordnung umfaßt beispielsweise zwei konzentrische Wellen,
von denen eine eine Hochdruckturbine und einen Hochdruckkompressor und die andere
eine Niederdruckturbine und einen Niederdruckkompressor trägt, wobei die Lagerung
ein Lager für jede dieser Wellen umfaßt. Jedes Lager kann neben der betreffenden
Turbine angeordnet sein. Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnungen hervor. Es stellt dar F i g. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen
Wellen-Lageranordnung eines Gasturbinentriebwerk, F i g. 2 und 3 vergrößerte Querschnitte
von Teilen des Lagers nach F i g. 1, F i g. 4 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform
des Wellenlagers eines Gasturbinentriebwerks, F i g. 5 und 6 vergrößerte Längsschnitte
zweier Teile des Aufbaus nach F i g. 4, F i g. 7 ist ein Längsschnitt entlang der
Linie 7-7 in F i g. 6.
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Die ineinander angeordneten Wellen des Hoch-und Niederdruckteils eines
Gasturbinentriebwerks weisen hintere Lager 27 (F i g. 1) bzw. 36 (F i g. 4) auf,
deren Gehäuse 55 bzw. 71 vor! Nabenteilen 38 bzw. 75 des Triebwerkgehäuses getragen
werden.
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Am Nabenteil 38 (F i g. 1) ist durch eine Vielzahl (z. B. achtzehn)
von winkelmäßig versetzten Bolzen 37 ein Ringteil 40 befestigt, der
die Welle 20 konzentrisch umgibt. Der Ringteil 40 hat einen radial nach außen
abstehenden Flansch 41, der an der Verkleidung 34 befestigt ist.
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Der Ringteil 40 hat etwa rinnenförmigen Querschnitt mit radialer stromaufwärtiger
Wand 42 und je einer inneren und äußeren sich axial erstreckenden konzentrischen
Wand 43 bzw. 44 und ist in stromabwärtiger Richtung offen. Die äußere Wand 44 steht
mit einer stählernen Ringplatte 45 dichtend im Eingriff und ist durch Bolzen 37
zwischen dem Ringteil 40 und dem Nabenteil 38 festgeklemmt. Auf der vom Nabenteil
38 abliegenden Seite hat die Platte 45 einen Reibbelag 46 aus einem Material mit
günstigen Verschleißeigenschaften.
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Die Platte 45 und der Belag 46 haben Löcher 47 (F i g. 3), durch welche
Bolzen 37 durchgehen, und Löcher 50 (F i g. 2), durch die im Nabenteil
38 befestigte Stifte 51 durchgehen. Diese Stifte 51 und Löcher
50 sind winkelmäßig so vorgesehen, daß der Belag 46 auf der vom Nabenteil 38 abliegenden
Seite der Platte 45 liegt, wenn die Platte 45 eingesetzt wird.
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Die Bolzen 37 sind in rohrförmigen Abstandsstücken 52 angeordnet,
die an ihren Enden durch Hartlöten an der Wand 42 des Ringteils
40 befestigt sind bzw. mit der Platte 45 im Eingriff stehen. Die Bolzen 37
werden durch Sicherungsbleche 53 in Stellung gehalten, deren Lappen in Löcher der
Wand 42 eingreifen.
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Das Lager 27 hat ein Gehäuse 55 mit einer Außenfläche 56 (F i g. 3);
diese hat Abstand zu einer entsprechenden Fläche 57 des Nabenteils 38, um die Radialeinstellung
des Lagers zu gewährleisten. Das Gehäuse 55 hat einen radial abstehenden Flansch
58, welcher sich in den Ringteil 40 erstreckt und gegen den Belag 46 anliegt. Der
Flansch 58 hat Löcher 59, durch welche die Abstandsstücke 52 durchgehen, wobei der
Durchmesser der Löcher 59 größer ist als der der Abstandsstücke 52, um die Radialbewegung
des Flansches 58 und des Lagers 27 gegenüber dem Nabenteil
38 zu gestatten.
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Eine Labyrinthdichtung 61 für die Welle 20 ist zwischen dieser und
einem ringförmigen Dichtungsteil 60 eingebaut, der einen radial nach außen gerichteten
Flansch 63 und einen axialen Flansch 60' hat, der zwischen sich und der Welle 20
eine weitere Labyrinthdichtung 62 bildet (F i g. 1). Der Fortsatz 60' stützt
sich außen an einem Flansch 62' ab, welcher sich vom Lagergehäuse 55 radial
nach innen erstreckt. Der Flansch 62' ist vom Flansch 63 durch einen Abstand 63'
getrennt.
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Der Flansch 63 erstreckt sich in den Ringteil 40
und liegt gegen
den Flansch 58 an. Der Flansch 63 hat Löcher 64 (F i g. 3), durch welche die Abstandsstücke
52 durchgehen und deren Durchmesser größer ist, als der der Abstandsstücke 52, um
die Radialbewegung des Flansches 63 und des Dichtungsteils 60 gegenüber dem Nabenteil
38 zu gestatten.
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Die Wand 42 des Ringteils 40 (F i g. 2) hat eine Vielzahl
(z. B. sechzehn) von Taschen mit Federstützplatten 65, wobei jeweils zwei Federstützplatten
65 zwischen zwei benachbarten Bolzen 37 liegen. Die
Federstützplatten
65 halten Federn 66, welche durch Löcher 67 im Flansch 63 durchgehen und gegen den
Flansch 58 anliegen. Die Federn 66 drücken den Flansch 58 daher in Eingriff mit
dem Belag 46.
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Jede Feder 66 ist konzentrisch von einer Feder 70
umgeben, welche
zwischen der Wand 42 des Ringteils 40 und dem Flansch 63 eingespannt ist. Die Federn
70 drücken daher den Flansch 63 in Eingriff mit dem Flansch 58.
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Wenn daher die Welle 20 eine Unwucht aufweist, kann die Oberfläche
57 des Nabenteils 38 durch die Oberfläche 56 des Gehäuses 55 so abgenutzt werden,
daß die Welle 20 eine ausgewuchtete Lage einnimmt. Die Federn 66, 70 gestatten die
Radialbewegung der Flanschen 58, 63 und damit des Lagers 27 und Dichtungsteils 60,
um die entsprechende Radialbewegung der Welle 20 aufzunehmen.
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Wie aus F i g. 4 bis 6 ersichtlich ist, hat das Lager 36 einen Gehäusering
71 mit einem radial nach außen abstehenden Flansch 72; dessen radial äußeres Ende
besteht in einem Stück mit einer sich axial erstreckenden, zylindrischen Wand 73,
welche dünner ist als die Wand 72 und auch elastisch ist.
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Die Wand 73 hat am stromaufwärtigen Ende einen dickeren Teil 74 (F
i g. 5), welcher gegen einen Nabenteil 75 anliegt, wobei ein Spalt 76 zwischen dem
Nabenteil 75 und dem größeren Teil der Länge der Wand 73 vorgesehen ist.
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Der Nabenteil 75 sitzt an einer inneren Wandung, welche durch Streben
am Triebwerksgehäuse befestigt ist. Der Nabenteil 75 hat eine Oberfläche 79 (F i
g. 4), innerhalb welcher der Gehäusering 71 befestigt ist.
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Stromaufwärts des Lagers 36 ist dieser konzentrisch von einem Ringteil
77 umgeben, der eine Vielzahl von winkelmäßig versetzten Löchern 80 aufweist,
durch welche Hülsen 81 durchgehen (F i g. 7). Jede Hülse 81 hat an einem Ende einen
Flansch 82, der am Ringteil 77 anliegt, während das andere Ende der Hülse
81 an einer Scheibe 83 anliegt, die gegen den Nabenteil 75 anliegt.
Die Scheibe 83 hat einen Reibbelag 84. Ein Bolzen 85 geht durch jede Hülse 81 durch,
um den Ringteil 77 und die Scheibe 83 am Nabenteil 75 festzuklemmen.
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Die Hülsen 81 gehen durch Löcher 86 in der Wand 72, deren Durchmesser
größer ist als der der Hülsen 81.
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Die Wand 82 liegt zwischen dem Reibbelag 84 und einer ringförmigen
Federplatte 87. Zwischen dem Ringteil 77 und der Federplatte 87 befinden sich Federn
90, welche die Wand 72 gegen den Reibbelag 84 drücken (F i g. 4).
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Der Ringteil 77 hat jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern 80
(F i g. 6) ein Loch 92 (F i g. 4). In jedem Loch 92 sitzt mit Spiel eine Hülse 93,
die durch ein Loch 94 in der Federplatte 87 durchgeht und mit der Wandung
72 des äußeren Laufrings 71
im Eingriff steht (F i g. 5). Jede Hülse
93 hat einen Flansch 95, der an der Federplatte 87 anliegt.
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In jeder Hülse 93 sitzt ein Bolzen 96, dessen Kopf am stromaufwärtigen
Ende der Hülse 93 anliegt. Der Schaft jedes Bolzens 96 hat einen Endteil, der in
einen Radialflansch 97 eines Dichtungsglieds 98 eingeschraubt ist, welches durch
Ringflächen 100, 101 in radialem Abstand vom Nabenteil 75 steht. Am Dichtungsglied
98 sitzt eine Labyrinthdichtung 102 (F i g. 4) zum Abdichten des Lagers 36
auf der Welle 18.
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Zwischen dem Flansch 97 (F i g. 5) des Dichtungsteils 98 und der Wand
72 des Gehäuserings 71 liegen zylindrische Abstandsstücke 103, innerhalb welcher
die Bolzen 96 sitzen. Jedes Abstandsstück 103 ist mit Spiel in einem Loch 104 des
Nabenteils 75 und in einem Loch 105 in der Scheibe 83 eingebaut.
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Jeder Bolzen 96 geht mit Spiel durch ein Loch 106
in
der Wand 72 durch.
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Es ist ersichtlich, daß die Bolzen 96 einen Aufbau zusammenhalten,
der die Federplatte 87, den Gehäusering 71, die Abstandsstücke 103 und das Dichtungsglied
98 umfaßt. Dieser Aufbau kann sich jedoch infolge der ringförmigen Spielräume zwischen
den Hülsen 93 und dem Ringteil 77 (F i g. 4), zwischen den Abstandsstücken
103 und dem Nabenteil 75, und der ringförmigen Spielräume
100, 101
(F i g. 5) zwischen dem Dichtungsteil 98 und dem Nabenteil
75, sowie des Spalts 76 zwischen dem Nabenteil 75 und der Wand 73 radial bewegen.
Jede solche Radialbewegung verursacht eine elastische Verbiegung der Wand 73, da
der dickere Teil 74 mit dem Nabenteil 75 in dauernder Berührung bleibt.
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Die Federn 90 (F i g. 4) drücken die Wand 72 in festen Reibungsschluß
mit dem Reibbelag 84, um den Aufbau in einer vorbestimmten Stellung zu halten.
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Wenn jedoch Unwuchten auf die Welle 18 einwirken, kann sich die Fläche
79 genügend abnützen, um die dauernde und radiale Bewegung der Welle 18 zu ermöglichen
und so eine schwere Belastung zu vermeiden. Die Federn 90 erzeugen eine Reibung,
die im rechten Winkel zur Welle wirkt und die Bewegung der Lager und Vibrationen
dämpft.