DE2358535A1 - Lageranordnung fuer gasturbine - Google Patents

Description

Es wird eine mittige Lagerabstützung für die Kraftabnahmewelle einer mit Leitrad arbeitenden Gasturbine geschaffen. Die Kraftabnahmewelle erstreckt sich radial durch Rahmenstreben in dem Motoreneinlass und Leitradleitungen der Gasturbine.

Diese Streben sind durch einen Spalt getrennt, in dem eine Lageranordnung für die Lagerung der Kraftabnahmewelle vorliegt. Diese Anordnung weist einen Federbalken auf, der es ermöglicht die Höhe der Anordnung zu verringern vermittels einer drehbaren Hülse, durch ein Zurückziehen von einer Verriegelungsanordnung in den Einbau und Entfernen der Anordnung. Der Federbalken ergibt weiterhin einen Dichtungsdruck der Anordnung gegen gegenüberliegende Oberflächen des Spaltes, sodaß Öl durch die Streben und die Anordnung für die Zurückführung zu der

Ölpumpe der Gasturbine fließen kann.

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bezüglich Lagertragsystemen für das Lagern von Wellen, insbesondere bei Leitrad-Gasturbinen.

Ein wesentliches Bauelement der meisten, wenn nicht aller Gasturbinen stellt die .Kraftabnahmewelle dar. Diese Welle wird ausgehend von einer zentralen Motorenwelle angetrieben und erstreckt sich üblicherweise radial zu einem äußeren Gehäuse, wo Antriebsverbindungen für Brennstoff- und ölpumpen und weiteres Motorenzubehör für den Betrieb des Motors erforderlich sind.

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Bei mit Leitrad arbeitenden Turbinen ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Vorsehen einer Kraftabnahmewelle dort, wo man diese Welle zu einem Getriebegehäuse führen will, das an dem äußeren Gehäuse der Leitradleitung angeordnet ist. Bei einer derartigen Konfiguration ist die Welle recht lang, während deren Durchmesser möglichst klein gehalten werden muß im Hinblick auf das Gewicht derselben und weiterer Überlegungen. Derartige Faktoren führen zu dem Erfordernis mittig ein Lager vorzusehen, das die Welle trägt und Biegeerscheinungen derselben verhindert.

Das Vorsehen eines mittigen Lagers wird weiterhin durch das Erfordernis oder die Zweckmäßigkeit der Koordinierung der Lageranordnung mit dem Schmiersystem der Turbine kompliziert im Zusammenhang mit der Zurückführung des Öls von den inneren ölwannen zu der außerhalb angeordneten ölpumpe.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, eine verbesserte mittige Lagerung für die Kraftabnahmewelle einer mit Leitrad arbeitenden Gasturbine zu schaffen, und zwar funktionell zusammenarbeitend mit dem Schmiersystem derselben, sowie in diesem Zusammenhang in wirtschaftlicher Weise für den Einbau und die Wartung dieses mittigen Lagers Sorge zu tragen und das Lager gegen die relativ ungünstigen ümweltbedingungen zu schützen, wie sie bei dem Betrieb der Gasturbine auftreten.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Lagerabstützung für eine Welle zu schaffen, die sich zwischen hohlen Gehäuseteilen erstreckt, die durch einen Spalt getrennt sind.

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Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden erfindungsgemäa durch eine Gasturbine gelöst, die einen Rahmen mit ausgerichteten, unteren Streben aufweist, die sich radial durch den Motoreneinlaß und Leitradleitungen des Motors erstrecken. Eine Kraftabnahmewelle erstreckt sich radial von der zentralen Motorenwelle aus durch diese Streben und überspannt einen dazwischenliegenden Spalt. Es ist eine Lageranordnung in diesem Spalt vorgesehen und weist ein Paar Ringe auf, die zwischengeordnet einen zusammengedrückten Federbalken besitzen. Diese Anordnung umgibt die Kraftabnahmewelle, wobei die äußeren Oberflächen des Ringes in einem dichtenden Eingriff mit gegenüberliegenden, parallelen oberflächen des trennenden Spaltes vorliegen. Einer der Ringe ist mit einem Ansatz versehen, in dem ein Lager angeordnet ist, das die Kraftabnahmewelle lagert. Anordnungen, die sich axial in einem Verriegelungsverhältnis zwischen dem Rahmen und einem der Ringe, vorzugsweise dem Lagerring erstrecken, dienen dazu, die Anordnung genau relativ zu dem Rahmen und der Kraftabnahmewelle anzuordnen. Es sind Anordnungen, vorzugsweise in Form einer an einen der Ringe angeschraubten Hülse, vorgesehen, wodurch: die Gesamthöhe der Anordnung verringert wird und es ermöglicht ist, daß eine seitliche Verschiebung der Anordnung beim Herausziehen der Welle eintreten kann. Bei Anwenden einer derartigen Hülse sind Anordnungen vorgesehen, durch d±e ein Drehen der Anordnung relativ zu dem Rahmen verhindert wird. Bei dieser Kombination gibt weiterhin die innere ölwanne des Motors das öl in die untere Motoreneinlaßleitung ab, die hohl ist. Hierdurch kann das Öl durch die Lageranordnung zu der ausgerichteten Strebe der Leitradleitung fließen, die ebenfalls hohl ist, und zwar zwecks Zurückführung des Öls zu der Ölwanne.

Erfindungsgemäß können viele Merkmale einer Lageranordnung für die Lagerung einer Welle angewandt werden, die sich zwischen einem zwei Gehäuseteile trennenden Spalt erstreckt und denselben überspannt.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte schematische Ansicht in teilweisem Längsschnitt einer Gasturbine, bei der der Erfindungsgegenstand"Anwendung findet;

Figur 2 einen vergrößerten längsseitigen Schnitt und weitere Einzelheiten der Lageranordnung, die in Figur kurz angedeutet ist;

Figur 3 einen der Figur 2 ähnlichen Schnitt und weiter den Einbau der Lageranordnung;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung, wobei Teile weggebrochen und im Schnitt gezeigt sind, der Lageranordnung.

Die Figur 1 zeigt eine Gasturbine mit Leitrad, wie sie zum Antrieb eines Flugzeuges angewandt wird. Bei Flugzeugen ist eine derartige Turbine mit einer äußeren Verkleidung c und einer inneren Gondel η versehen, die hier gestrichelt angedeutet sind. Die in den Motoreneinlaß 10 eintretende Luft wird zunächst durch eine einzelne Stufe der Leitradschaufeln 12 unter Druck gesetzt. Ein Teil dieser Luft wird abgetrennt unter Eintritt in eine äußere, ringförmige Umgehungsleitung 14. Diese Luft tritt sodann durch eine ümfangsreihe stationärer Schaufeln 16 und sodann zwischen Streben 18 hindurch, die ein Teil der die Belastung tragenden Rahmenanordnung des Motors sind. Diese von dem Leitrad kommende und durch den Umgehungskanal geführte Luft wird sodann durch eine Düse 2O abgegeben, die durch die Verkleidung c und die Gondel η begrenzt wird, und zwar unter Ausbilden der Antriebskraft.

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Der innere Anteil der von den Leitradschaufeln 12 kommenden Luft wird durch eine Einlaßleitung 22 einem Motor 24 zugeführt. Beim Eintritt in die Leitung 22 wird die Luft weiter durch eine Umfangsreihe von Schaufeln 26 - unter Druck gesetzt, die sich zwischen den Statorschaufeln 28 befinden. Die Leitradschaufeln 12 und die Zusatzschaufeln 26 stellen das dar, was man einen Niederdruck-Kompressor nennt.

Die Luft verläuft von dem Einlaßkanal 22 des Motors zu einem Kompressor 30, der eine Reihe axialer Stufen und eine abschließende Zentrifugalstufe aufweist. Die Druckluft tritt sodann in eine Verbrennungskammer 32 ein, wo dieselbe die Verbrennung des Brennstoffs unter Erzeugen eines heißen Gasstroms unterhalt. Der heiße Gasstrom tritt sodann in eine zweistufige Hochdruckturbine 34 ein, wo ein Teil der Energie desselben für den Antrieb des Rotors des Kompressors 30 entnommen wird. Der heiße Gasstrom tritt sodann durch eine zweistufige Niederdruck-Turbine 36 unter Antrieb des Niederdruckkompressors, wie weiter unten erläutert. Der verbleibende Anteil der Energie des heißen Gasstroms wird sodann in eine Antriebskraft dadurch umgewandelt, daß ein Austritt durch eine Düse 38 an dem Stromabende der Gondel η erfolgt.

Die Schaufel- und Flügelanordnungen des Hochdruck-Kompressors und der Turbinen 34 und 36 sind auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt, sodaß sich eine weitere Erläuterung hier erübrigt. Zwecks deutlicher Darstellung sind jedoch diejenigen umlaufenden Bauelemente, die einen Belastungsweg bilden und an denen die verschiedenen Schaufeln befestigt sind, hier stark ausgezeichnet wiedergegeben. Anhand der Zeichnung ergibt sich weiterhin, daß verschiedene Lageranordnungen vorgesehen sind, um so in einwandfreier Weise die umlaufenden Bauelemente zu lagern. Ein weiterer zu beachtender Punkt in dem Niederdruck-System besteht darin, daß die Schaufeln der Turbine an einer Welle 40 angeordnet sind, die einen vorderen Wellenabschnitt 42 antreibt an dem die Schaufeln 12 und 26 angeordnet sind, und zwar über ein Getriebe 44, wodurch die richtige Drehgeschwindigkeit des Leitrades erreicht wird.

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Wie hier wiedergegeben, wird eine Kraftabnahmewelle 46 durch die Kraftwelle 4o über ein Getriebe angetrieben, wie durch das Bezugszeichen 48 wiedergegeben. Die Kraftabnahinewelle 46 kann jedoch auch durch den Kompressor-Rotor angetrieben werden. Die Welle 46 erstreckt sich zu einem Getriebegehäuse 5o, das an der Außenseite des äußeren Leitrad-Rahmengehäuses 52 angeordnet ist. In bekannter Weise werden verschiedene Verbindungen ausgehend von dem Getriebegehäuse 50 vorgesehen für den Antrieb der Brennstoff- und Schmierpumpen,wie weiterer Zusatzausrüstung der Gasturbine.

Man sieht weiterhin, daß die Rahmenanordnung der Gasturbine eine ölwanne aufweist, in die das für das Schmieren der verschiedenen Lager und Getriebe angewandte öl abgezogen und gesammelt wird für die Zurückführung zu der Ölpumpe oder Pumpen, die das öl für ein fortlaufendes Schmieren der entsprechenden Bauteile unter Druck setzt. Weiterhin erstrecken sich Streben 51 radial durch den Kanal 22 unter Ausbilden eines Belastungsweges, der die Rahmenanordnung mit den inneren Lagerbefestigungen und dgl. verbindet. Der untere Punkt der Ölwanne ist in der hohlen unteren Strebe 51 ausgebildet, siehe das Bezugszeichen 53. Von dem unteren Punkt der Ölwanne aus fließt das Öl durch eine Lageranordnung 54, durch einen hohlen Pfosten 55, durch die untere oder " 6 Uhr "Rahmenstrebe 18 und sodann zu dem Getriebegehäuse zwecks Zurückführung zu der Ölpumpe. Man sieht weiterhin, daß die Kraftabnahmewelle 46 ebenfalls durch diese gleichen Streben und 18 sowie die Lageranordnung 54 und den Pfosten 55 verläuft.

Auf Grund der Länge der Kraftabnahmewelle 46 und deren relativ kleinen Durchmessers, und zwar zwecks möglichst geringem Gewicht, ist es höchst zweckmäßig, wenn nicht wesentlich, daß etwa mittig eine Lagerabstützung vorgesehen ist.

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Zur besseren Erläuterung ist die Lageranordnung bezüglich der Einzelheiten in den Figuren 2 bis 4 im Einzelnen gezeigt. Man sieht weiterhin, daß die Anordnung in einem Spalt zwischen den Streben 51 und 18 vorliegt, und da hierdurch Öl hindurchtritt, muß die Lageranordnung ebenfalls als eine Dichtung arbeiten. .

Insbesondere weist die Anordnung 54 einen Lagerabstützungsring oder Flansch 58 auf, der einen Ansatz 58 besitzt, welcher nach innen hin vorspringt und durch den die Welle dann teleskopeartig geführt ist. Im Inneren des Ansatzes ist ein Rollenlager 60 vorgesehen und wird an Ort und Stelle durch ein Halteelement 61 gehalten. Das Lager 60 trägt drehbar - und hält die Welle 46 in ihrer Lagervermittels Eingriff mit einem Laufring bildenden Vorsprung 62, der an der Welle 46 ausgebildet ist. Man sieht, daß ein lichter Abstand zwischen der Welle 46 und denjenigen Teilen der Strebe 51 und des Pfostens 55 so vorgesehen ist, daß das öl in und aus dem Lager 60 fließen kann.

Es ist ein Federbalken 64 mit seinem oberen Ende an dem Ring und mit seinem unteren Ende an einem Ring 66 über Befestigungsscheiben 67 verbunden. Eine Hülse 68 umgibt diese Elemente und ist an ihrem oberen Ende an dem Ring 56 verschraubt. Eine nach innen gewendete Lippe 69 an dem unteren Ende der Hülse 68 kann mit der unteren Oberfläche einer an dem Ring ausgebildeten Lippe 70 in Eingriff gebracht werden.

Diese Lageranordnung wird genau relativ zu der Rahmenanordnung durch einen Anschlag 72 angeordnet, der axial in einem die Welle 46 umgebenden Loch 74 vorliegt. Es sind " 0 "-Ringe 76 und 78 im Inneren der Auskehlungen angeordnet, die in entsprechender Weise an der oberen Oberfläche des Rings56 und der unteren Oberfläche des Rings 66 ausgebildet sind.

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Diese "O"-Ringe stehen in einem abdichtenden Verhältnis mit gegenüberliegenden, parallelen Oberflächen 79 und 81, die in entsprechender Weise an dem unteren Ende der Strebe 51 und dem oberen Ende des Pfostens 55 an gegenüberliegenden Seiten des dazwischen vorliegenden Spaltes ausgebildet sind. Das untere Ende der Lageranordnung wird weiterhin durch eine Halterung 80 gehalten, die das untere Ende des Rings 66 umgibt und vermittels einer Schraube 82 an Ort und Stelle gehalten wird, die in dem Pfosten 55 eingeschraubt ist.

Die Arbeitsweise für den Einbau der Lageranordnung 54, wie weiter oben beschrieben, ist in der Figur 3 wiedergegeben. Diese Anordnung wird vor der Befestigung der Welle 46 eingebaut. Zu diesem Zeitpunkt ist weiterhin die Hülse 68 gedreht worden unter Verringern der Gesamthöhe der Anordnung. Die äußere Oberfläche der Hülse 68 ist mit Schlitzen 84 versehen, wodurch die Drehung der Hülse vermittels eines Schraubenschlüssels oder dgl. erleichtert wird. Die Halterung ist weiterhin über das untere Ende des Rings 66 geführt worden. Nach Verringerung der Gesamthöhe der Anordnung auf weniger als die Höhe des Spaltes oder der Öffnung zwischen den Oberflächen und 81 kann sodann leicht eine Anordnung der Halterung an Ort und Stelle erfolgen. Hier wäre anzumerken, daß das in der Figur 4 durch das Bezugszeichen wiedergegebene Loch in der Halterung 80, das den Ring 66 aufnimmt, nicht kreisförmig und bei 88 flach gemacht ist. Das untere Ende des Rings 66 weist eine entsprechende, nicht kreisförmige Umrißlinie auf, sodafl^ein Drehen des Rings 66 relativ zu der Halterung 80 verhindert wird. Nachdem die Anordnung 54 in der in Figur gezeigten Weise angeordnet und die Schraube 82 befestigt worden ist, kann ein Schraubenschlüssel für das Drehen der Hülse 68 angewandt werden, wodurch es möglich wird den Ring nach außen durch den Federbalken 64 zu drücken, und zwar sobald der Anschlag 72 axial ausgefahren wird unter Eintritt in das Positionierungsloch 74.

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Die Hülse 68 wird vorzugsweise soweit zurückgeschraubt, daß der Federbalken 64 nachgebend die "0"-Ringe 76 und 78 in einen dichtenden Eingriff mit den entsprechenden Oberflächen und 81 hält» Der Balken 64 verbleibt im zusammengedrückten Zustand und ergibt einen ausreichenden Druck um einen derartig abdichtenden Eingriff selbst unter Berücksichtigung der Tatsache aufrecht zu erhalten, daß das Abstandsverhältnis zwischen den Oberflächen 79 und 81 sich auf Grund von Wärmeausdehnung und möglicher Störungen verursacht durch Vibrationen verändert.

Sobald die Lageranordnung 54 in dieser Weise eingebaut ist, kann die Welle 46 sodann von der Außenseite des Rahmengehäuses aus eingeführt werden. Das innere Ende der Welle 46 kann eine Kerbverzahnung zusammen mit dem Zahnrad 48 aufweisen um so einen derartigen Zusammenbau zu ermöglichen.

Das Entfernen der Dichtungsanordnung stellt einfach eine Umkehr der oben beschriebenen Arbeitsweise dar, und zwar würde man die Hülse 68 drehen unter Verringern der Gesamthöhe der Anordnung und Zurückziehen des Anschlages 72 aus dem Loch 74. Sodann würde die Schraube 82 entfernt und die Anordnung gleitend herausgeführt werden nachdem die Welle entfernt worden ist.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   II. JGasturbine mit Leitrad, die eine Leitradleitung, eine Exnlaßleitung für den Motor, eine zentral angeordnete Motorenwelle, einen Rahmen, der teilweise Leitungen begrenzt und hohle, radiale Streben in der unteren "6-Uhr" Lage aufweist, und die die Leitungen überspannen, wobei der Rahmen weiterhin wenigstens teilweise eine ölwanne begrenzt, die an ihrer unteren Stelle an der Einlaßleitung eine Strebe aufweist, eine Kraftabnahmewelle, die sich radial durch die Streben erstreckt und durch die Motorenwelle angetrieben wird, aufweist, die Rahmenstreben durch einen Spalt getrennt sind, in den sich Kanäle ausgehend von den hohlen Streben öffnen, der Spalt gegenüberliegende parallele Oberflächen aufweist, die in entsprechender Weise die Öffnungen umgeben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lageranordnung (54) vorliegt, die obere und untere Ringe (56,66) besitzt, welche die Kraftabnahmewelle (46) umgeben und in einem entsprechenden Nachbarschaftsverhältnis zu den gegenüberliegenden Oberflächen zwecks Abdichten derselben angeordnet sind, ein zusammengedrückter Federbalken (64) sich zwischen den Ringen (56,66) erstreckt und dieselben in entgegengesetzte Richtungen drückt, ein Lager (6O) an einem der Ringe angeordnet ist und die Kraftabnahmewelle (46) lagert, eine Anordnung (72) axial zwischen einem der Ringe (56) und dem Rahmen angeordnet ist, um so das Lager (60) relativ zu dem Rahmen und der Kraftabnahmewelle (46) anzuordnen, sowie eine Anordnung (63) zwischen den Ringen (56,66) vorliegt, um so die Gesamthöhe der Lageranordnung zu verringern und eine seitliche Bewegung der Lageranordnung von dem Spalt dann zu ermöglichen, wenn die Kraftabnahmewelle (46) aus derselben entfernt wird.
2. 2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindende Anordnung sich zwischen dem Rahmen und dem Ring erstreckt, an dem das Lager (6O) der Kraftabnahmewelle (46) angeordnet ist.

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3. 3.Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Höhe verringernde Anordnung eine Hülse (68) aufweist, die die Ringe (56,66) umgibt, die Hülse (68)auf einen der Ringe (56) geschraubt ist und einen nach innen gerichteten Flansch (69) aufweist, der unter einem ümfangsrand vorliegt, der an dem anderen Ring (66) ausgebildet ist, sowie eine Anordnung vorliegt, durch die eine relative Drehung zwischen der Anordnung und dem Rahmen verhindert wird, um so ein Drehen der Hülse (68) in eine unterschiedliche Höhe der Anordnung während des Einbaus und des Ausbaus zu erleichtern.
4. 4. Gasturbine nach Anspruch.3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (72) konzentrische zu dem Lager ausgebildet ist und sich in ein Loch (74) erstreckt, das in dem Rahmen vorliegt, sowie weiterhin das Lager (60) ein Rollenlager ist, sowie die Welle (46) einen vergrößerten Vorsprung (62) daran ausgebildet aufweist und als innerer Laufring für das Rollenlager (60^ dient.
5. 5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (60) an dem oberen der Ringe (56) angeordnet ist, die Strebe für den Motoreneinlaß mit einem Teil die Kraftabnahmewelle (46) im Abstandsverhältnis hierzu umgibt, um so das öl

   zu dem Rollenlager (60) zu führen, und das Loch (74) für die Aufnahme des Anschlages (72) der Verbindungsanordnung an dem unteren Ende des Strebenteils angeordnet ist, in den oberen und unteren Flächen der oberen und unteren Ringe (56,66) Auskehlungen vorliegen und in denselben "0* Ringe (76,78) angeordnet sind unter Ausbilden eines dichtenden Eingriffs mit den gegenüberliegenden parallelen Spaltoberflächen, und eine Anordnung vorliegt, die eine Drehung zwischen der Lageranordnung und dem Rahmen verhindert und aus einer Halterung (80J mit einer nicht-kreisförmigen Öffnung (86) besteht, die ein entsprechend geformtes unteres Teil (88) des unteren Rings (66) aufnimmt, sowie eine Vorrichtung für das lösbare Befestigen der Halterung (80) an dem benachbarten Rahmen aufweist.

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