DE2358289A1

DE2358289A1 - Lageraufbau

Info

Publication number: DE2358289A1
Application number: DE2358289A
Authority: DE
Inventors: William John Davies; Noel Harry Hooke
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1973-11-22
Publication date: 1974-06-27
Also published as: US3897986A; IT1002085B; JPS5024647A; GB1417587A; FR2210242A5

Description

Rolls-Royce (1971) Limited, London, England. Lageräufbau

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, welche insbesondere zur Abstützung der Hauptwelle eines Gasturbinenstrahltriebwerk geeignet ist und als Schublager arbeiten kann.

In den letzten Jahren ist der Durchmesser und die Drehzahl der Kugellager beträchtlich vergrößert worden, die zur Abstützung der Hauptwelle eines Triebwerks benutzt werden. Einer der Hauptgründe, die einer weiteren Vergrößerung der Drehzahl entgegenstehen, ist in der Tatsache zu sehen, daß herkömmliche Lager nicht imstande sind, einem weiteren Ansteigen der Belastung Rechnung zu tragen. Das Hauptproblem besteht dabei darin, daß bei hohen Drehzahlen bei einer herkömmlichen Kugellageranordnung die Massenkraftbelastung durch die Kugeln, d.h. die auf die Kugeln wirkende Zentrifugalkraft, eine vorherrschende Größe annimmt, wodurch die Fähigkeit des Lagers hinsichtlich einer axialen Abstützung verringert und schließlich völlig aufgehoben wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lager zu schaffen, bei dem die Belastung durch die Massenkr'äfte der Kugeln beträchtlich vermindert wird.

Die Erfindung geht aus von einem Lager zur Abstützung eines ersten Bauteils zwecks relativer Drehung gegenüber einem zweiten Bauteil mit zwei Wälzkörperlagern. Gemäß der Erfindung wird die

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gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der eine Laufring des einen Lagers an dem ersten Bauteil festgelegt ist und Einlaufring des anderen Lagers an dem zweiten Bauteil, während der andere Laufring jedes Lagers an einer Zwischenhülse abgestützt ist,und daß Mittel vorgesehen sind, um die Zwischenhülse mit einer Drehzahl umlaufen zu lassen, die beträchtlich niedriger ist als jene des Hochgeschwindigkeitslaufringes, wobei die Drehung gegensinnig verläuft.

Die beiden Lager können von stationären oder sich drehenden Bauteilen durch eines der Lager oder durch ein Hilfslager getragen werden. Vorzugsweise wird die Zwischenhülse durch ein Getriebe angetrieben. Stattdessen kann die Zwischenhülse direkt durch eine Triebwerkswelle gedreht' werden.

Vorzugsweise wird die Zwischenhülse außerdem direkt oder indirekt durch das Hilfslager abgestützt.

Vorzugsweise ist das Hilfslager als Wälzlager ausgebildet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Laufring des einen Lagers und der äußere Laufring des anderen Lagers an der gemeinsamen Zwischenhülse festgelegt.

Stattdessen können die äußeren Laufringe beider Lager an der gemeinsamen Zwischenhülse festgelegt oder ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die inneren Laufringe beider Lager aus der gemeinsamen Zwischenhülse gebildet oder an ihr befestigt.

Bei Anwendung für ein Gasturbinentriebwerk kann die erfindungsgemäße Lageranordnung das Schublager der Hauptwelle bilden.

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Die Wälzkörper können in bek=annoer Weise als Kugeln,Hollen oder Nadeln ausgebildet sein.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gebläsegasturbinenstrahltriebwerks, teilweise aurgebrochen,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung, wobei die Zwischenhülse über ein Kgelgetriebe von der Antriebswelle für das Triebwerkszubehör angetrieben wird,

Fig. 3 in Schnittansicht eine weitere Ausführungsform der Lageranordnung, bei welcher die Zwischenhülse direkt durch den stromaufwärtigen Teil der KompressorweUe angetrieben wird,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer dritten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung, bei welcher die Zwischenhülse direkt vom stromaufwärtigen Teil der Kompressorwelle angetrieben wird.

Fig. 1 zeigt ein Mantelstromgasturbinenstrahltriebwerk 10,welches in Strömungsrichtung hintereinander einen Niederdruckkompressor 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, eine Verbrennungseinrichtung 15* eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 18 und eine Abgasdüse 19 aufweist. Radial außerhalb des Haupttriebwerkskerns befindet sich ein Gebläse 20, welches innerhalb eines Gebläsekanals 21 umläuft. Aus Fig.1 ist eine einfache schematische Ausführungsform der erfindungsgeinäßen Lageranordnung im aufgebrochenen Teil dargestellt und mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet.

Fig;2 stellt eine ins einzelne gehende Ansicht des aufgebrochenen Teils dar, das in Fig.l mit 22 bezeichnet ist, wobei der Zwischendruckkompressor 13 drei Stufen 13a,13b,13c umfaßt und der Hoch druckkompressor 14 mit drei Stufen I4a,l4b,l4c ausgestattet ist.

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Die Schaufeln der einzelnen Stufen laufen in einem Ringkanal 23 um. Ein Schaufelkranz 24 mit stromlinienförmig gestalteten Schaufeln liegt zwischen dem Zwischendruckkompressor I3 und dem Hochdruckkompressor 14 und eine Schaufel dieses Schaufelkranzes trägt die Antriebswelle 25 für die Hilfsmaschinen des Triebwerks. Die Streben 24 tragen ein Innengehäuse 51, das seinerseits Lager für die Antriebswelle 25 der Hilfsmaschinen abstützt und das Innengehäuse trägt weiter Traglager 27 und 29, wobei das Traglager 27 ein Kugellager ist, welches zur Abstützung der Zwischenhülse 28 an deren stromoberseitigen Ende dient. Die Zwischenhülse ist an ihrem stromunterseitigen Ende mittels eines Kugellagers 29 an einem weiteren Träger abgestützt. Die Hochdruckkompressorwelle 30 wird an ihrem stromaufwärtigen Ende von einem Kugellager 31 abgestützt, welches zwischen der Welle 30 und der Zwischenhülse 28 angeordnet ist. Das Innengehäuse 5I trägt ein weiteres Lager, welches bei 32 dargestellt ist und zur Abstützung der Zwischendruckkompressorwelle 33 dient. Konzentrisch innerhalb der Zwischendruckkompressorwelle 33 liegt die Niederdruckkompressorwelle 34, die am stromunterseitigen Ende von der Zwischendruckkompressorwelle 33 über ein Lager 35 abgestützt ist.

Die Antriebswelle 25 für die Hilfsmaschinen ist außerdem mit einem Kegelrad 36 versehen, welches mit einem Kegelrad 37 kämmt, das am stromoberseitigen Ende der Hochdruckkompressorweile 30 angeordnet ist. Auf der Hilfsmaschinenantriebswelle 25 ist ein weiteres Kegelrad 38 aufgesetzt, das mit einem Kegelrad 39 der Zwischenhülse 28 kämmt.

Im Betrieb wird die Drehung der Hochdruckkompressorwelle 30 über die Kegelräder 37 und 36 nach der Antriebswelle 25 der Hilfsmaschinen übertragen, die ihrerseits über die Kegelräder 38,39 die Zwischenhülse 28 antreibt. Durch geeignete Wahl der Zähnezahl wird der äußere Laufring des Lagers 3I durch das Getriebe mit einer Drehzahl angetrieben, die beträchtlich niedriger liegt als die Drehzahl der Hochdruckkompressorwelle 30, wobei die Drehrichtung entgegengesetzt ist.

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Durch Benutzung einer solchen jjoppellageranordnung mit einer gemeinsamen Zwischenhülse kann im Gegensatz zu herkömmlichen Einzellageranordnungen die Käfiggeschwindigkeit eines Doppellagersystems ü&rächtlich vermindert werden, wodurch die Zentrifugalkräfte der Kugeln herabgesetzt werden, so daß eine höhere Betriebsdrehzahl möglich wird.

Fig.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Lageranordnung mit den Lagern 27 und 31 gemäß Fig.2 stromunterseitig der Antriebswelle 25 für das Zubehör angeordnet ist. Das Lager 27 dient dazu, die Hochdruckkompressorwelle 30 abzustützen, die ihrerseits das Lager 31 trägt, welches zur Abstützung der Zwischenhülse 28 an ihrem stromunterseitigen Ende dient. Die Zwischenhülse 28 wird am stromoberseitigen Ende von einem Kugellager 29 getragen, dessen radial äußerer Laufring vom ortsfesten Gehäuse 51 abgestützt ist. Der Antrieb wird der Zwischenhülse 28 über eine Keilverzahnung 52 der Zwishenkompressorwelle 33 zugeführt.

Die Hilfsmaschinenantriebswelle 25 ist mit einem Kegelrad 36 versehen, welches mit einem Kegelrad 37 kämmt, das am stromoberseitigen Ende der Hochdruckkompressorwelle 30 ausgebildet ist. Wenn die Zwischendruckkompressorwelle 33 mit einer Drehzahl umläuft, die wesentlich geringer ist als die Drehzahl der Hoohdruckkompressorwelle 30 und wenn diese im Gegensinn umläuft, kann die Käfigdrehzahl der Lager 29 und 31 viel kleiner gemacht werden als bei einer einfachen Lageranordnung.

Fig.4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Hierbei dient das Lager 27 zur Abstützung der Zwischenhülse 28 am stromabwärtigen Ende und die Hülse wird an ihrem stromoberseitigen Ende durch ein Kugellager 29 abgestützt, dessen radial äußerer Laufring vom ortsfesten Gehäuse 51 abgestützt ist. Die Hochdruckkompressorwelle 30 wird an ihrem stromoberseitigen Ende mittels eines Kugellagers 3I getragen, das zwischen der Welle 30 urrö der Zwischenhülse 28 angeordnet ist.

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Der Antrieb für die Hilfsmaschinenantriebswelle 25 wird von der Hochdruckkompressorwelle 30 über Stirnräder 55 und 56 sowie Kegelräder 54 und 36 abgenommen, wobei die Zahnräder 56 und 54 von einer Vorgelegewelle 53 getragen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zwischenhülse 28 von der Zwishendruckkompressorwelle 33 gemäß Figo angetrieben.

Patentansprüche :

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Claims

Pate nt a η s ρ r ü c h e :

Ij Lageranordnung zur Abstützung eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten relativ hierzu rotierenden Bauteil mix, zwei Wälzlagern,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufring des einen Wälzlagers (29) an dem ersten Bauteil festgelegt ist und ein Laufring des anderen Wälzlagers Öl) an dem zweiten Bauteil, daß der äußere Laufring eines jeden der beiden Wälzlager(29)und(3l) an einer Zwischenhülse (28) festgelegt ist und daß die Zwischenhülse (28) mit einer Drehzahl angetrieben wird, die niedriger ist als die Drehzahl des mit höherer Drehzahl umlaufenden Lagerrings, wobei die Drehrichtung entgegengesetzt ist.
2. Lageranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wälzlager (29 und yi) von einem stationären oder umlaufenden Bauteil (24 bzw. 5I) über das Lager (29) und ein Hilfslager (27) abgestützt sind.
3. Lageranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse (28) teilweise direkt oder indirekt über das Hilfslager (27) abgestützt ist.
4. Lageranordnung nach den Ansprüchen 2 und j5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfslager (27) ein Rollenlager ist.
5. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse (28) durch ein Getriebe (59,^8) und (36,57) in Drehung versetzt ist.

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6. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse (28) durch die Triebwerksteile (32) angetrieben wird.
7. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzei ohne t, daß der innere Laufring des einen Wälzlagers (29) und der äußere Laufring des anderen Wälzlagers (^l) auf der Zwischenhülse (28) aufgesetzt oder in dieser ausgebildet sind.
8. Lageranordnung nach den Ansprächen 1 bis 6, dadurcn gekennzeichnet, daß die äußeren Lauf ringe beider Wälzlager {J>1 und 29) auf der Zwischenhülse (28) aufgesetzt und iri dieser ausgebildet sind.
9. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Laufringe beider Wälzlager (3I und 29) in der Zwischenhülse (28) eingesetzt und in dieser ausgebildet sind.
10. Lageranordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Schublager für die Hauptwelle (30) eines Gasturbinenstrahltriebwerks ausgebildet ist.

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