DE2759324C2

DE2759324C2 - Radial gedämpftes Fanglager für überkritisch laufende Rotoren

Info

Publication number: DE2759324C2
Application number: DE19772759324
Authority: DE
Inventors: Dieter 8900 Augsburg Hirt; Peter Dipl.-Ing. Dr. 8061 Großinzemoos Meinke; Richard 8904 Friedberg Steigenberger
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MT Aerospace AG
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1977-03-14
Publication date: 1982-03-04

Description

c)

Die Erfindung bezieht sich auf ein radial gedämpftes Fanglager für üoerkritisch laufende Rotoren, das den Rotor mit einem definiertvn Spai umgibt und aufgrund von radialen Rotorbewegur.gen angekoppelt wird, und wobei das Fanglager eine Zentrier» iirichtung aufweist, die das Fanglager relativ zum Rotor zentriert.

Ein solches Fanglager ist aus der FR-PS 15 23721 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist das Fanglager über elastische Membranelemente und Stifte mit einem Dämpfer eines Spurlagers verbunden. Das Fanglager, das dabei eine gewisse Zentrierung gegenüber dem Rotor erfährt, bildet gleichzeitig mit dem Dämpfer ein Zwei-Massen-Lager. Dieses bekannte System ist jedocn recht kompliziert und fertigungstechnisch sehr aufwendig. Außerdem ist aufgrund der mittelbaren Zentrierung nur eine bedingte Zentrierung des Fanglagers gegenüber dem Rotor möglich. Das hat zur Folge, daß eine große Spaltbreite erforderlich bleibt, und daß damit die Ansprechdauer des Fanglagers relativ hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Fanglager der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie unter Sicherstellung eines reibungslosen Freilaufs eine kurze Ansprechzeit haben.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fanglager aus einer gleitfähigen Anlaufbuchse aus einem hochverschleißfesten, schlecht wärmeleitenden und selbstschmierenden Werkstoff besteht, die über ein massearmes. geschmierten Kugellager gelagert ist, das »us gut wärmeleitendem Werkstoff besteht, und daß die Zentriereinrichtung als Ringmagnetpaar ausgebildet ist, dessen zusammenwirkende Teile einerseits dem Rotor und andererseits über das Kugellager" der Anlaufbuchse zugeordnet sind.

Die Erfindung gibt die Möglichkeit, den Luftspalt der ium Freilauf des Rotors notwendig ist, extrem klein zu halten und damit eine extrem kurze Ansprechzeit des Dämpfers zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Ausführung erfüllt damit die Anforderungen, die an ein Magnetlager gestellt werden, nämlich, daß das Lager beim Durchfahren eines kritischen Drehzahlbereiches rasch anspricht, wirksam dämpft, rasch entkoppelt und während des normalen Rotorbetriebes nicht mit dem Rotor in Beoihrung kommt. Dabei kann der für den Freilauf notwendige Spalt zwischen dem Rotor und dem ihn umgreifenden Fanglager sehr klein gehalten werden, ohne daß während der ruhigen Loufperioden sowie des ί iennbetriebes der Rotor am Fanglager anläuft Es ist hierdurch neben einer kurzen Ansprechzeit sowie einer raschen Entkopplung ein ruhiger Freilauf gewährleistet. Die rasche Entkopplung erfolgt dadurch, daß durch die Zentrierwirkung das Fanglager gewissermaßen mit dem Rotor radial mitgeht und bei Abklingen der Schwingungen wesentlich früher als bekannte Fanglager sich entkoppelt Durch die Zwangsführung zwischen Fanglager und Rotor wird abgesehen von der raschen An- bzw. Entkopplung auch ein Springen während des Nennbetriebes zwischen dem Rotor und dem Fanglager vermieden. Dieses alles führt hin zu einem sicheren und stabilen Lauf eines Rotors mit geringstmöglichem Antriebsentzug.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Teile des Ringmagnetpaares in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sein.

In der Zeichnut» ξ ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt

In der Zeichnung ist ein mit Ringmagneten 10 gelagerter, als Welle ausgebildeter Rotor 11 gezeigt.

Um den Rotorschart 12 ist ein Fanglager 13 angeordnet.

das seinerseits mit einer Dämpfungseinrichtung 14 im Rotorgehäuse 15 gelagert ist. Das Fanglager 13 besteht aus einem mit Kugeln 18 gelagerten Innen- und einsm

J5 Außenring 19 bzw. 20. Als gleitfähiges Kontaktstück für den Rotorschaft 12 dient eine mit dem Innenring 19 verbundene Anlaufbuchse 22, die aus einem selbst schmierenden Werkstoff hergestellt ist.

Das Fanglager 13 ist mit dem Außenring 20 an eine Dämpferhülse 25 der Dämptüngseiniichtung 14 befestigt Die Dämpfungseigenschaft wrd unterstützt durch mehrere Dämpferscheiben 26. die gemeinsam mit der Dämpferhülse 25 in eine Dämpfungsflüssigkeit 27 eintauchen. Eine Membran 28 dichtet den mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Raum zwischen der Dämpfungseinrichtung 14 und dem Gehäuse 15 ab. Die integrierte Dämpfer-Fanglager-Baueinheit 13, 14 ist radial beweglich auf Kugeln 30 abgestützt.

Eine Zentrierung zwischen dem Rotorschaft 12 und dem Fanglager 13 bzw. der Anlaufbuchse 22 erfolgt über das Dämpferfanglager und dem Rotor 11 zugeordnete Magnetringe 31. Durch die Zwangsführung der beiden Magnetringe 31 ist gewährleistet, daß während des normalen Betriebes des Rotors jeder Kontakt zwischen dem Schaft 12 und dem Fanglager 13 ausgeschlossen ist.

Während des normalen Betriebes des Rotors 11 sorgen die den Rotor tragenden Dämpfungslager, von denen nur eine, nämlich das Magnetlager 10 gezeigt ist, für die Stabilisierung des Rotationssystems. Alle im normalen Nennbetrieb aufkommenden Schwingungen sowie die Schwingungen mit relativ geringen Rotoramplituden beim Aul·· und Ablaufen des Rotors werden mit diesen Dämpfungssysteni, das aktiv oder passiv magnetisch, hydraulisch oder mechanisch oder eine Kombination dieser Sysleme sein kann, gedämpft, während das Dämpfungslager 13, 14 inaktiv in Einsatzbereitschaft steht

Das Fanglager, das möglichst entfernt von Schwin-

gungsknoten angeordnet ist, umgibt den Rotorschaft 12 mit der Anlaufbuchse 22 unter Beibehaltung eines Luftspaltes, der gerade etwas größer ist als die normale Laufunschärfe des Rotors im Nennbetrieb. Mit Hilfe der Magnetringe 31 läßt sich dieser Spalt knapp über die normale Rotoramplitude an der Fanglagerstelle bemessen, so daß das Fanglager rasch einsetzen kann, sobald Biegeschwingungen des Rotors 11 auftauchen. Sobald die Rotoramplitude den Wert übersteigt, berührt der Schaft 12 die Anlaufbuchse stoßartig. Durch die Gleitfähigkeit des Werkstoffes der Anlaufbuchse wird mit geringstmöglichem Energieentzug das Trägheitsmoment der beschleunigten Masse überwunden und die beweglichen Teile de.5 Fanglagers 13 auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt Das Inertialsystem erhält nunmehr eine neue Einspanncharakteristik durch die Ankopplung des Dämpfers 14 und der Federmembran 28, die die Eigenfrequenz des Systems verändert Die bis dahin aufgebrachte Schwingungsenergie wird über die Dämpfungseinrichtung des Fanglagers entzogen, so daß das Schwingungssystem rasch stabilisiert und mit Hilfe der Zentriermagnete 31 das Fanglager wieder entkoppelt wird und der Rotor nur nach einer kurzzeitigen Kopplung des Dämpferfanglagers wieder frei laufen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Radial dämpfendes Fanglager für überkritisch laufende Rotoren, das den Rotor mit einem definierten Spalt umgibt und aufgrund von radialen Rotorbewegungen angekoppelt wird, wobei der Spalt mindestens so groß ist wie die maximale Amplitude des Rotors im Nennbetrieb und wobei das Fanglager eine Zentriereinrichtung aufweist, die das Fanglager relativ zum Rotor zentriert, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das Fanglager aus einer gleitfähigen Anlaufbuchse (22) aus einem hochverschleißfesten, schlecht wärmeleitenden und selbstschmierenden Werkstoff besteht,
daß die Anlaufbuchse über ein massearmes, geschmierten Kugellager gelagert ist, das aus gut wärmeleitendem Werkstoff besteht,
daß die Zentriereinrichtung als gleichachsiges Ringtnrgnetpaar (31) ausgebildet ist, dessen zusammenwirkende Teile einerseits dem Rotor (11, 12) und andererseits über das Kugellager der Anlaufbuchse zugeordnet sind.

2. Fanglager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Ringmagnete (31) in axialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.

b)