DE1601548B2 - Rahmenkonstruktion fuer gasturbinen, insbesondere flugzeug-strahltriebwerke, zur abstuetzung des hinteren rotorlagers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmenkonstruktion für Gasturbinen, insbesondere Flugzeug-Strahltriebwerke, zur Abstützung des hinteren Rotorlagcrs gegen das Gehäuse, bestehend aus einem Lagerschild mit peripherem, innerem Gehäusering und einem mit zwei radial nach außen ragenden Ringrippen besetzten äußeren Gehäusering, welcher gegen den inneren Gehäusering mittels Streben abgestützt ist.

Die Abstützung der Rotorlagcr erfolgt auf unterschiedlichste Weise, zumeist mittels eines Lagerschildes, welches mit dem Gehäuse über Leitschaufeln, Streben od. dgl. in Verbindung steht. Im Bereich des hinteren Rotorlagers sind die im heißen Abgasstrom liegenden Streben und die benachbarten Teile, vor allem des Gehäuses, starken Wärmebelastungen ausgesetzt. Dies beruht auf beträchtlichen Temperaturschwankungen bzw. Temperaturdifferenzen der in Betracht kommenden Bestandteile der Gasturbine.

Während des Anlaufens und nach dem Abstellen von Gasturbinentriebwerken treten relativ große Temperaturunterschiede in den Streben, die dem heißen Abgasstrom ausgesetzt sind, und zwischen dem Innen- und Außenmantel der Turbine auf. Es ist nowcndig, daß die Lager für den Rotor in allen Betriebsphasen absolut zentrisch im Turbinengehäuse gehalten werden, damit die Toleranzen der Spielräume zwischen dem Stator und dem Rotor von Gasturbinen bzw. Strahltriebwerken kleinstmöglich gehalten werden können.

Es sind schon zahlreiche Stützanordnungen wie auch Auskleidungen, die den Gehäusemantel vor der direkten Einwirkung der heißen Abgase schützen sollen, vorgeschlagen worden. Weiterhin hat man dem Gehäuse an spezifischer Stelle erhitzte Luft zugeführt, um es aufzuheizen und dadurch Wärmespannungen zu vermeiden und zu erreichen, daß sich das Gehäuse dort überall gleichmäßig ausdehnt.

Wenn die heißen Abgase an den Streben vorbeistreichen, so dehnen sich diese aus. Der von den Streben getragene bzw. gestützte äußere Gehäusering, der ebenfalls zu der Tragkonstruktion gehört, kann im Bereich zwischen den Streben durch das an anderer Stelle abgenommene Gas erhitzt werden, damit gewährleistet ist, daß sich die äußeren Teile der Rahmenkonstruktion gleichmäßig und mit derselben Geschwindigkeit ausdehnen wie die Streben, um dadurch Wärmespannungen weitgehend herabzusetzen. Die Wärmespannungen in dem Außenring der in Betracht kommenden Anordnung treten insbesondere dann auf, wenn im Betrieb der Gasturbine Temperaturänderungen eintreten; durch sie werden häufig Rißbildungen im Außenring verursacht, die zum Ausfall des Triebwerkes führen. Dies beruht darauf, daß die Streben der Anordnung schneller erhitzt oder abgekühlt werden als der Außenring, wobei sich die Streben wärmebedingt ausdehnen oder zusammenziehen und den Außenring verformen, wodurch hohe, schließlich zu Rißbildungen führende Spannungen erzeugt werden.

Die Beheizung des Außenringes mit Abgasen zwecks Erzielung einer gleichmäßigen Ausdehnung hat den Nachteil, daß das Heizgas ein ausreichendes Druckgefälle haben muß; dies bedeutet, daß man den Heizgasstrom vom Hauptgasstrom an geeigneter Stelle abzweigen muß, wodurch aber die Leistung des Triebwerkes herabgesetzt wird.

Aus der DT-PS 7 68 036 isl eine Befestigung des Endlagers einer Turbinenwelle am Turbinengehäuse bekannt geworden, bei welcher der das Rotorwcllenlagcr tragende Lagerschild an dem inneren, den ringförmigen Gasaustrittskanal begrenzenden Ring sitzt, zwischen dem inneren Ring und einem diesen umgebenden äußeren Ring radiale, im heißen Gasstrom liegende Streben angeordnet sind und am äußeren, das hintere Teilstück des Gehäuses bildenden Ring radial nach außen ragende Ringiippen sind. Da das gesamte, vorerwähnte Konstruktionsteil einstückig ausgebildet ist und große Flächen desselben unmittelbar den heißen Abgasen ausgesetzt sind, treten trotz der äußeren Ringgruppen, die in erster Linie aus Gründen der Festigkeit und Steifigkeit der Konstruktion sowie der Verbindung mit dem Gehäusemantel vorgesehen sind, in nennenswertem Ausmaß Wärmespannungen mit den unerwünschten Folgen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Gasturbinen, insbesondere Strahltriebwerken für Flugzeuge, die Anordnung zur Verbindung des Turbinengehäuses mit dem hinteren Lagerschild, welches das Rotorlager trägt, in der Weise zu verbessern, daß gewährleistet ist, daß die Auswirkungen der Temperaturschwankungen auf die in Betracht kommenden Teile im Bereich des Abgasaustrittes am hinteren Ende der Turbine so gering wie möglich sind, um eine exakte zentrische Lagerung des Rotors in dem Gehäuse in allen Betriebsphasen zu sichern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der äußere Gehäusering aus vorzugsweise vier Segmenten, welche ihrerseits aus je zwei gebogenen T-Profilschienen und einem zwisehen diesen befindlichen gebogenen Blechstreifen bestehen, und die Segmente verbindenden gegossenen Formstücken zusammengesetzt ist, und daß die Formstücke mittels eines nach innen ragenden Profilstumpfes mit den radialen Profilstreben verbunden sind und auf der Außenseite die Stege der T-Profilschienen der Segmente verbindende Stege bzw. Rippen tragen, zwischen welchen in axialer Verlängerung der Profilstreben ein mit ihnen verbundener, äußerer Profilstumpf

16 Ol

angeordnet ist, welcher mit Querrippen durchsetzt ist.

Aus der DT-PS 9 54 835 ist es bereits bekannt geworden, einen die Laufschaufeln umgebenden Mantelring in Segmente zu unterteilen, zwischen welchen Halterungen angeordnet sind, an denen die Segmente in ' Umfangsrichtung beweglich gelagert sind. Die Halterungen hängen ihrerseits in radialen, vom Gehäuse getragenen Bolzen, mit deren Hilfe der Abstand der Segmente von den Stirnflächen der Laufschaufeln einstellbar sind.

Auch ist es bekannt, die Leitschaufeln von Verdichtern zwischen einem inneren und einem äußeren, mit dem Gehäusemantcl verbundenen Ring einzuspannen und diese Ringe mit Rippen zu versehen, an welchen, in einem Falle, die durch die Ringe hindurchragenden Enden der im Inneren der holen Schaufeln befindlichen Rohrstücke angelötet sind (US-PS 31 12 916 und US-PS 27 71 622). Diese vorbekannten Konstruktionen waren jedoch nicht geeignet. Hinweise oder Anregungen zur Lösung der in Betracht kommenden Aufgabe zu geben, ^o um so weniger, als sie nichts mit der Abstützung des hinteren Rotorwellenlagers zu tun haben.

In den Fig. 1 bis 5 der Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles dargestellt, welches nachstehend im einzelnen näher erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 ein Gasturbinen-Strahltriebwerk in schemaüscher Darstellung, und zwar zum Teil in Seitenansicht und zum Teil im Längsschnitt;

F i g. 2 eine Ansicht eines Teilstückes eines Segmentes des äußeren Gehäuseringes gemäß der Erfindung;

Fig.3 eine Ansicht eines Segmentes im Bereich des Strcbenanschlusscs;

F i g. 4 eine Seitenansicht des Segmentes nach F i g. 3;

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß der Erfindung in axialer Richtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Strahltriebwerk 10 hat den an sich bekannten und üblichen Aufbau. Die Turbinenbzw. Rotorwelle 16 wird an ihrem hinteren Ende von dem Lager 18 getragen, welches in dem Lagerschild 21 sitzt, welcher an seinem Außenumfang den Gehäuseinnenring 22 trägt, an welchem die radial nach außen ragenden Profilstreben 26 befestigt sind, die ihrerseits von dem Gehäuseaußenring 25 getragen sind. Die vorgenannten Teile bilden die in Betracht kommende Rahmenkonstruktion 20.

Der Gehäuseaußenring 25 der Rahmenkonstruktion 20 ist im vorliegenden Falle aus vier Segmenten 27 sowie zwischen diesen angeordneten gegossenen Formstücken 44 zusammengesetzt. Sowohl die Segmente 27 als auch die Formstücke 44 entsprechen einander identisch. Die Segmente selbst bestehen wiederum aus drei Teilen, nämlich den beiden gebogenen T-Profilschienen 28,30 und einem zwischen diesen befindlichen und mit deren Flanschen 36 und 38 verbundenen gebogenen Blechstreifen 40. Die Flanschen 36 und 38 der T-Profilschienen 28, 30 liegen in der Ebene des Gehäuses 24 des Triebwerkes 10 und sind mit diesem verbunden. Jeweils zwischen zwei Segmenten 27 ist ein gegossenes Formstück 44 angeordnet, dessen Stirnflächen mit denjenigen der angrenzenden Segmente 27 verschweißt sind. Die Querschnittsform der Formstücke 44 in einer Radialebene entspricht derjenigen der Segmente 27, d. h., daß sich an den Formstücken 44 in Verlängerung der Stege 32 und 34 der T-Profilschienen 28, 30 der Segmente 27 nach außen ragende Rippen bzw. Stege 32' und 34' befinden. In den Trennfugen zwischen den Segmenten 27 und den Formstücken 44 sind in den Stegen 32 bzw. 32' und 34 bzw. 34' vorteilhafterweise Öffnungen bzw. Löcher 48 vorgesehen, die sich ebenfalls im Hinblick auf die Vermeidung von Wärmespannungen vorteilhaft auswirken. Zwischen den Stegen 32' und 34' der Formstücke ist ein nach außen ragender äußerer Profilstumpf 47 angeordnet, dessen vorderes und hinteres Ende in den Steg 32' bzw. 34' übergehen. Fernerhin ist der äußere Profilstumpf 47 in Umfangsrichtung durch die beiden Rippen 49 durchsetzt. Auf der Unterseite des Formstückes 44 befindet sich der nach innen ragende Profilstumpf 46, welcher mit der Stirnfläche am äußeren Ende einer Profilstrebe 26 verbunden ist. Die Profilstümpfe an den Formstücken haben somit das gleiche Qucrschnittsprofil wie die Profilstreben 26.

Durch diese spezielle Ausbildung insbesondere des Außenringes 25 der Rahmenkonstrukton 20 ist gewährleistet, daß die auftretenden Kräfte und Spannungen infolge Temperaturänderungen auf einem vertretbaren Minimum gehalten werden und sich dadurch nicht schädlich auswirken. Gasturbinentriebwerke mit einer derartigen Anordnung zum Zwecke der Abstützung des hinteren Rotorlagers sind, wie sich in der Praxis erwiesen hat, immun gegen auftretende Wärmespannungen, so daß weder Verformungen des Gehäuseringes noch Risse in diesen aufgrund von Wärmespannungen auftreten. Dadurch ist ein einwandfreier Betrieb der Gasturbine selbst bei relativ kleinen Toleranzen zwischen Stator und Rotor gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

16 Ol 548

Patentanspruch:

Rahmenkonstruktion für Gasturbinen, insbesondere Flugzeug-Strahltriebwerke, zur Abstützung des hinteren Rotorlagers gegen das Gehäuse, bestehend aus einem Lagerschild mit peripherem innerem Gehäusering und einem mit zwei radial nach außen ragenden Ringrippen besetzten äußeren Gehäusering, welcher gegen den inneren Gehäusering mittels Streben abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Gehäusering (25) aus vorzugsweise vier Segmenten (27), welche ihrerseits aus je zwei gebogenen T-Profilschienen (28, 30) und einem zwischen diesen befindlichen gebogenen Blechstreifen (40) bestehen, und die Segmente (27) verbindenden gegossenen Formstücken (44) zusammengesetzt ist, und daß die Formstücke (44) mittels eines nach innen ragenden Profilstumpfes (46) mit den radialen Profilstreben (26) verbunden sind und auf der Außenseite die Stege (32, 34) der T-Profilschienen (28, 30) der Segmente (27) verbindende Stege bzw. Rippen (32', 34') tragen, zwischen welchen in axialer Verlängerung der Profilstreben (26) ein mit ihnen verbundener, äußerer Profilstumpf (47) angeordnet ist, welcher mit Querrippen (49) durchsetzt ist.