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Die Erfindung betrifft eine Abstützvorrichtung für ein Lager der Hauptwelle
eines Mantelstrom-Gasturbinentriebwerks, bei dem das Lager mittels sich radial durch
den ringförmigen Heißgaskanal und den diesen umhüllenden Luftkanal erstreckenden
Streben an der Außenwand befestigt ist.
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Bei bekannten Lagerabstützungen für Mantelstromtriebwerke werden die
Stützstangen am mittleren Mantel befestigt, was eine unerwünschte Verdickung des
Mantels zur Folge hat und den Umführungskanal in unzulässiger Weise begrenzt.
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Das Problem bei der Lagerabstützung in Mantelstromtriebwerken besteht
darin, die Stützstangen stabil genug auszubilden, damit sie den Beanspruchungen
selbst bei den auftretenden hohen Temperaturen standhalten. Die bekannte Befestigung
der Stützstangen am mittleren Mantel ergibt eine geringere Länge der Stützstangen,
so daß diese für eine gegebene Druckbelastung einen geringen Querschnitt aufweisen
können.
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Es ist bereits eine Abstützvorrichtung bekannt, bei der die Stützstreben
so lang ausgebildet sind, daß sie sich von dem Axiallagergehäuse bis an den Außemnantel
erstrecken. Die Stützstangen sind starr mit dem inneren Triebwerksgehäuse verbunden,
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doch radial frei verschieblich durch das Verdichterumführungsgehäuse geführt,
so daß sämtliche in radialer Richtung wirkenden Kräfte vom inneren Turbinengehäuse
aufgenommen werden müssen, während das Verdichterumführungsgehäuse lediglich in
axialer Richtung wirkende Kräfte aufnimmt. Eine derartige Konstruktion erfordert
verhältnismäßig starke Stützstangen, um eine stabile Lagerung zu erreichen, da die
Stützstangen die gesamten Lagerkräfte auf das Verdichterumführungsgehäuse übertragen
müssen, obwohl sie in diesem nicht fest gelagert, sondern radial verschieblich sind.
Das verhältnismäßig gute thermische Verhalten dieser Abstützvorrichtung wird mit
einem erheblichen Querschnitt und einer großen Biegesteifigkeit der Stützstangen
erkauft.
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Es sind ferner bereits Abstützvorrichtungen bekannt, bei denen das
Lagergehäuse und der Triebwerksmantel über einen nachgiebigen Strebenstern verbunden
sind, wobei die Streben gelenkig an das Gehäuse und an das Lager angeschlossen sind.
Hierbei greifen die Lagerstreben tangential an dem Lagergehäuse an. Diese Bauart
hat gegenüber früher bekannten Bauarten den Vorteil, daß Wärmedehnungen leichter
aufgenommen werden können, ohne daß schädliche Spannungen im Triebwerk entstehen.
Bei einer Wärmeausdehnung der Streben wird lediglich das Lagergehäuse verdreht,
während die Zentrierung des Lagergehäuses erhalten bleibt. Diese bekannten Vorrichtungen
weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie keine axialen Dehnungen aufnehmen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstützvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl radiale als auch axiale Dehnungen
aufzunehmen gestattet und die so ausgebildet ist, daß keine Kräfte auf den mittleren
Mantel ausgeübt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß die Befestigung
zwischen Lager und Außenwand in an sich bekannter Weise an den Enden jeder Strebe
durch ein Gelenk erfolgt, von denen das außen liegende Gelenk in ebenfalls bekannter
Weise eine Spannvorrichtung zur Erzeugung einer Zugbelastung in der Strebe aufweist,
daß jede Strebe einen Anschlag trägt, der sich bei Auftreten einer Druckbelastung
an eine Seitenfläche eines Schlitzes in der äußeren Heißgaskanalwand anlegt, und
daß das innen liegende Gelenk an einer das Lager in weiterhin bekannter Weise umhüllenden
Ringniembran befestigt ist.
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Dadurch wird erreicht, daß die Wärmedehnungen durch die Spannvorrichtung
aufgenommen werden und daß die Streben verhältnismäßig dünn ausgeführt sein können,
da sie nicht auf Biegung beansprucht werden, wodurch einerseits das Gewicht verringert
und andererseits ein nur geringer Strömungswiderstand in den Auslaßkanälen erreicht
wird. Bei der Abstützvorrichtung nach der Erfindung kann das innere Lager auf Grund
der nachgiebigen Befestigung mit der Spannvorrichtung eine bestimmte radiale Bewegung
ausführen. Dies ist das genaue Gegenteil der Eigenschaften bei den bekannten Abstützvorrichtungen,
bei denen mit allen Mitteln eine radiale Bewegung verhindert wird. Dadurch werden
jedoch in nachteiliger Weise alle durch Unwucht des Rotors hervorgerufenen Schwingungen
auf den Außenmantel übertragen. Bei der Lagerung nach der Erfindung können Rotorschwingungen
nicht auf den Außenmantel übertragen werden, sondern werden in vorteilhafter Weise
im Lager selbst isoliert, so daß zur erschütterungsfreien Aufhängung des Triebwerks
in einem Luftfahrzeug ein wesentlich geringerer Aufwand erforderlich ist. Durch
die Spannvorrichtung ist dafür gesorgt, daß in den Streben nur Zugkräfte auftreten,
so daß ein Ausknicken derselben nicht möglich ist. Die Spannvorrichtung löst zugleich
das Problem der Wärmedehnungen, da die üblichen Spannvorrichtungen auf Grund ihrer
Elastizität gewisse Längenänderungen ohne weiteres aufnehmen können. Durch die gelenkige
Verbindung der Streben an ihren Enden ist außerdem eine genügende axiale Dehnungsfähigkeit
gewährleistet, so daß sich insgesamt gesehen ein ideales Wärmedehnungsverhalten
der Stützvorrichtung bei verhältnismäßig geringen Querschnitten der Streben ergibt.
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Vorzugsweise weist die Ringmembran einen axial offenen Querschnitt
auf.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung sind die Streben durch die Anordnung
der Gelenke in Längsebenen des Triebwerks schwenkbar ausgebildet.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben.
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F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch das hintere Triebwerkslager
mit einer der Lagerstützstreben; F i g. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie
2-2 von Fig. 1;
F i g. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie
3-3 von Fig. 1;
F i g. 3 A ist ein vergrößerter Querschnitt
längs der Linie 3 A-3 A von F i g. 1;
F i g. 4 ist eine Seitenansicht
des Lagergehäuses in teilweise gebrochener Darstellung; F i g. 5 ist ein
Längsschnitt längs der Linie 5-5 von F i g. 4; F i g. 6 ist
ein Querschnitt längs der Linie 6-6 von F i g. 5.
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In F i g. 1 ist die hohle Hauptwelle 10 des Gasturbinentriebwerks
zu erkennen, auf der die letzte Laufscheibe der Turbine aufgesetzt ist.
Das
Triebwerk weist eine innere Wandung 14 und eine mittlere Wandung 16 auf.
Diese beiden Wandungen liegen konzentrisch zur Welle 10 und begrenzen zwischen
sich einen Heißgaskanal 18 hinter den Turbinenschaufeln 20. Ferner ist eine
Außenwand 22 konzentrisch um die mittlere Wandung 16 angeordnet und begrenzt
mit diesem einen Luftkanal 24.
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Die Welle 10 weist eine Zusatzantriebseinrichtung
26 auf, welche in Strömungsrichtung am hinteren Ende der Welle mittels auf
einem Ring angeordneter Kopfschrauben 28 befestigt ist und welche ein zusätzliches
Zahnrad 30 sowie öldichtungen 32 umfaßt. Dieses rückwärtige Lager
der Hauptwelle des Triebwerks weist einen inneren, auf das Ende der Welle aufgesetzten
Laufring 34 sowie einen äußeren Laufring 36 auf, der in einem zylindrischen
Lagergehäuse 38 gehalten ist; es sind in üblicher Weise Lagerrollen 40 zwischen
diesen Ringen angeordnet. Am Lagergehäuse 38 ist eine Kappe 42 mittels einer
Reihe auf einem Kreis angeordneter Kopfschrauben 44 befestigt, die sich durch einen
nach außen gerichteten Flansch 45 an der Kappe erstrecken. Diese Kappe dient zum
Umschließen der Zusatzantriebseinrichtung 26 sowie in Verbindung mit dem
Ringflansch 46 am Lagergehäuse zur axialen Ausrichtung des äußeren Laufrings.
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Das zylindrische Lagergehäuse 38 weist zwei parallele Wände
48 und 50 auf, die mit ihrem vorderen Ende 52 miteinander verbunden
sind (F i g. 5) und eine Ringmembran von beträchtlicher Tiefe bilden.
Jede der Wände 48, 50 weist am Umfang eine Anzahl Öffnungen 53 und
in Umfangsrichtung dazwischenliegende nachgiebige Bereiche 54 auf, die sich von
einer Stelle in der Nähe des vorderen Endes 52 bis nahe an die offene Seite
der Ringmembran erstrecken, wo die innere Wand 50 in den inneren Lagerstützflansch
des Gehäuses 38 und die äußere Wand 48 in einen ähnlichen Flansch
56 übergeht.
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Die Wand 48 ist über den Flansch 56 mit einem Schweißstück
verbunden, welches die konzentrischen, etwa zylindrischen Teile 58 und
60 an der inneren Wandung 14 umfaßt. Zwischen den Teilen 58 und
60 ist ein Versteifungsring 61 angeordnet und mit diesen verschweißt,
welcher aus axial im Abstand angeordneten scheibenförmigen Teilen 62 und
64 sowie einem innenliegen#den überbrückungsteil 70 mit nach außen gerichteten
Flanschen 72 besteht, welche mittels Bolzen 66 mit den scheibenförmigen
Teilen 62 und 64 verbunden sind, wodurch ein fester Tragring am Schweißstück
gebildet wird. Es sei erwähnt, daß das zur Aufnahme des hinteren Wellenlagers dienende
Lagergehäuse 38 von dem an der inneren Wandung 14 befestigten Versteifungsring
61 gestützt ist.
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Es ist eine Einrichtung zum Halten des inneren Versteifungsrings
61 an der Außenwand 22 vorgesehen; diese umfaßt eine Anzahl schlanker radialer
Streben 74, welche an ihrem inneren Ende mit dem Versteifungsring 61 schwenkbar
verbunden und an ihrem äußeren Ende an einem Versteifungsring 76
der Außenwand
22 angelenkt sind. Zu diesem Zweck ist das überbrückungsteil 70 des Versteifungsrings
61
an der Anlenkstelle jeder Strebe mit zwei radial nach außen gerichteten
Laschen 78 versehen. Wie aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist,
weist jede Strebe 74 einen inneren Schwenkzapfen 80 auf, der sich durch die
Laschen 78 des inneren Versteifungsrings 61
erstreckt. Am äußeren Ende
sind die Streben durch Zapfen 82 und parallel liegende Laschen 84 eines Gabelbolzens
86 gestützt, der an seinem äußeren Ende mit einem Gewinde 88 versehen
ist. Dieses ist in eine Mutter 90 eingeschraubt, welche mit parallelen Seitenflanschen
92 versehen ist, die öffnungen zum Aufnehmen von Bolzen auf beiden Seiten
der Mutter 90 aufweisen, so daß Bolzen 94 eingeschraubt werden können, die
sich durch die parallelen scheibenförmigen Teile 96 erstrecken. Letztere
sind um die Außenwand 22 angeordnet und bilden einen Versteifungsring, von dem die
Streben 74 gehalten werden. Die scheibenförmigen Teile 96 sind zum Zwecke
der Verstelfung mit ringförmigen, nach außen gerichteten Flanschen 98 versehen.
Für jede Strebe 74 ist eine Sicherungsmutter 100 vorgesehen, welche auf den
Gabelbolzen 86 aufgeschraubt ist und an der Mutter 90 anliegt, so
daß der Gabelbolzen 86
gegenüber dieser festliegt. An der Stelle, wo die Strebe
74 durch die Außenwand 22 führt, ist eine Öffnung 102 vorgesehen, die etwas größer
ist als der Bund 104 an der Strebe. Der Zweck dieses Bunds besteht darin, einen
Übergang vom abgeflachten Endbereich der Strebe, die sich zwischen den beiden Laschen
84 erstreckt, in den stromlinienförmigen Bereich 106 zu ermöglichen, der
sich durch den Luftkanal 24 erstreckt.
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An der Stelle, wo die Strebe 74 durch die Heißgaskanalwand
16 führt, ist ein etwas längerer Schlitz 108
in jener vorgesehen, um
in bezug auf die Strebe eine größere axiale Bewegung der Heißgaskanalwand zu ermöglichen,
welche auf Grund von Temperaturunterschieden zwischen Heißgaskanalwand und Luftkanal
auftreten kann. Jede Strebe weist an der Stelle, wo sie durch die öffnung
108 hindurchtritt, zwischen den Seitenflächen 112 des Schlitzes
108
dichtsitzende Anschläge 110 auf; sie können sich gegen diese Seitenflächen
112 in dem Fall anlegen, wenn vorübergehend Druckkräfte auf die Strebe ausgeübt
werden. Im Teil 68 des Schweißstücks 60 ist ein axialer Schlitz 114
vorgesehen, um eine Relativbewegung des inneren Endes der Strebe zu ermöglichen.
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Im Heißgaskanal 18 zwischen der inneren Wandung 14 und der
mittleren Wandung 16 ist die Strebe 74 in einem stromlinienförmigen Gehäuse
116
untergebracht, welches in F i g. 3 dargestellt ist. Dieses stromlinienförmige
Gehäuse hat Tragflächenquerschnitt mit einer Vorderkante 118 und einer Hinterkante
120 und mit innen liegenden Verstärkungsstegen 122 und 123. Der Bereich an
der Vorderkante 118 einschließlich des inneren Versteifungsstegs 122 erstreckt
sich durch eine Öffnung 124 nach innen und ist mit einem radial nach außen zeigenden
Flansch 126 des Schweißstücks 60 verschweißt und bildet einen dichten
Kanal 130 um die Strebe 74. Am äußeren Ende ist dieser Kanal mit der mittleren
Wandung 16 um die Öffnung 108 verschweißt.
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Durch den Innenraum der Hauptwelle 10 kann Kühlluft durch eine
Öffnung 132 in eine Kammer 134 im Teil 58 des Schweißstücks einströmen,
durch eine öffnung 136 in das Schweißstück und durch offene Bereiche
138 in das innere überbrückungsteil 70 des inneren Versteifungsrings
61. Von hier aus fließt die Kühlluft durch die öffnung 114 in den Kanal
130 und danach durch die öffnungen 108 in den Luftkanal 24. Unter
gewissen Umständen sind die Druckverhältnisse so, daß Luft aus dem Luftkanal zum
Kühlen
verwendet werden kann. Dann verläuft die Luftströmung natürlich
in umgekehrter Richtung.
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Das Lagergehäuse 38 weist auf Grund der öffnungen
53, die in die Wände 48 und 50 eingeschnitten sind, eine Anzahl in
Umfangsrichtung ringförmig angeordneter Haarnadelfedern 54 auf, wie in den F i
g. 1, 5 und 6 zu erkennen ist. Um die Bewegung des Lagers in radialer
Richtung zu begrenzen, sind Begrenzungseinrichtungen vorgesehen. Diese umfassen
den sich radial erstreckenden Flansch 45 der Kappe 42, der fest an die innere Wand
50 des zylindrischen napfförmigen Lagergehäuses 38 geschraubt ist.
Der Flansch 45 erstreckt sich nach außen an den Flansch 56 der äußeren Wand
50 und läßt dabei einen Spalt 142 frei. Wenn die radiale Bewegung des Lagers
die Breite dieses Spalts 142 überschreitet, kommen die Flansche 45 und
56 in Anlage aneinander, so daß eine weitere radiale Bewegung verhindert
ist.
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Der Flansch 56 der äußeren Wand des napfförmigen Teils weist
einige in Umfangsrichtung im Ab-
stand voneinander angeordnete Radialnuten
144 in dem nach hinten gerichteten Flansch 146 auf, wie den F i g. 4 und
5 zu entnehmen ist; radiale Zapfen 148 liegen lose in den Nuten und verhindern
eine Zerstörung des Lagergehäuses, falls übermäßig hohe Torsion beim Fressen eines
Lagers auftreten sollte.
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Die schlanken Streben 74 werden unter Spannung gehalten. Dies geschieht
durch Drehen der Mutter 90
mit deren Seitenflanschen 92 auf dem Gewinde
88
des Gabelbolzens 86, bis die Bolzenöffnungen 95 in den Flanschen
92 mit den Bolzenöffnungen in den scheibenförmigen Teilen 96 fluchten.
Die Mutter 90
wird dann um eine halbe Drehung nach rechts verdreht und der
Versteifungsring 76 des äußeren Gehäuses 22 radial nach innen gehoben, bis
die öffnungen wieder fluchten; die Schraubenbolzen 85, die jeweils auf einer
Seite des Gabelbolzens 86 angeordnet sind, werden durch die Teile
96 und die Flansche 92 geführt, wie in F i g. 1 dargestellt
ist. Sodann wird die Sicherungsmutter 100 angezogen, so daß die Mutter
90 mit der Strebe 74 in richtiger Spannung verriegelt ist, wenn die Spannvorrichtung
entfernt ist.
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Die Federkonstante des Lagers ist durch die Ab-
messungen des
napfförmigen Lagergehäuses 38 festgelegt und insbesondere durch die Größe
der öffnungen 53 in den Wänden 48 und 50.
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Beim dargestellten Triebwerk sind drei gleichmäßig über den Umfang
des Triebwerks verteilte Streben verwendet. Wenn alle Streben unter Spannung stehen,
kann das Lager eine begrenzte radiale Bewegung unter Hemmung durch die Haarnadelfedern
54 ausführen, die im Lagergehäuse vorgesehen sind. Wenn die auf die Lager ausgeübten
radialen Kräfte das übliche Maß übersteigen, greift der Flansch 45 am Flansch
56 der äußeren Wand des Lagergehäuses an und bildet daher einen Anschlag
für die weitere Bewegung des Lagers. Falls ein Lager fressen sollte, legen sich
die Zapfen 148 an die Seitenwände der Schlitze 144 an und verhindern daher eine
zerstörende Bewegung der Wand 48 in bezug auf die Wand 50 der Ringmembran
auf Grund übermäßig hoher Torsionskräfte.
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Falls eine der Streben 74 vorübergehend auf Druck beansprucht wird,
greift einer der Anschläge 110 an der angrenzenden Seitenwand 11-2 des Schlitzes
108 an und verhindert ein seitliches Ausknicken der Strebe in Umfangsrichtung.
Auf Grund ihres ovalen Querschnitts sind die Streben in axialer Richtung nicht der
Gefahr des Ausknickens ausgesetzt.
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Durch die Erfindung wird das rückwärtige Hauptlager von der Außenwand
22 so gestützt, daß der Luftkanal 24 nicht behindert wird. Die mittlere Wandung
16 kann dadurch leichter ausgebildet sein, da es keine Lagerbelastungen aufzunehmen
braucht.