DE2912725C2 - Lagerspannvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents
Lagerspannvorrichtung für ein GasturbinentriebwerkInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerspannvorrichtung
für ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Lagerspannvorrichtung ist aus der GB-PS 8 08 410 bekannt.
Es ist bekannt, bei Maschinen mit mittels einem Wälzlager
gelagerter Welle einen der Lagerringe,
der sich mit der Welle drehen soll, mittels eines Preßsitzes
auf der Welle zu befestigen. Beim Auftreten eines
Lagerschadens bewirkt die von dem defekten Lager erzeugte
Wärme ein Ausdehnen des Lagerrings, wodurch sich der Lagerring
relativ zur Welle drehen kann. Eine derartige
Relativdrehung zwischen Lagerring und Welle kann
zu einem tatsächlichen Bruch der Welle führen, wodurch
eine Beschädigung oder Funktionsstörung der
Maschine auftreten kann.
Bisher wurde dieses Problem durch festes Verspannen des
Lagerrings mit der Welle gelöst. Beispielsweise lag bei
einer Gasturbine mit einer mittels Wälzlager gelagerten
Turbinenwelle eine End- oder Seitenfläche des Lagerrings
an einer Schulter der Turbinenwelle an. Die andere End-
oder Seitenfläche stand mit einem festen, zylindrischen
Bauteil in Eingriff, dessen andere End- oder Seitenfläche
wiederum mit einer Schulter auf der Kompressorwelle in Eingriff
stand. Auf eine auf der Kompressorwelle angeordnete
Kontermutter wurde zum Aufbringen einer ersten Spannkraft
zwischen Turbinen- und Kompressorwelle ein Drehmoment
ausgeübt. Die Spannkraft verlief dabei durch
die Turbinenwelle, den Lagerring, das feste, zylindrische
Bauteil und die Kompressorwelle, wodurch der Lagerring
mit der Turbinenwelle so verspannt wurde, daß eine Relativdrehung
zwischen Welle und Lagerring im Fall eines
Lagerschadens verhindert wurde.
Die oben beschriebene Anordnung verhinderte zwar wirkungsvoll
bei einem Lagerschaden eine Relativdrehung zwischen Lagerring
und Welle, machte jedoch infolge der Anzahl der
Berührungspunkte auf dem oben beschriebenen Weg zum Ausüben
der erforderlichen Spannkraft ein genaues Ausrichten
von Kompressor- und Turbinenwelle schwierig.
Durch die Schwierigkeiten beim Ausrichten ergaben sich
bei der Maschine Vibrationsprobleme.
Die US-PS 40 46 430 beschreibt für ein Lager, das zwischen
zwei koaxialen Wellen angebracht ist, einen viskosen
Dämpfer, der durch eine parallel dazu angebrachte Feder
stabilisiert ist, um die Eigenfrequenz von einer der Wellen
zu erhöhen. Diese Feder ist flexibel in radialer Richtung
und steif in axialer Richtung.
Ferner beschreibt die US-PS 39 09 085 eine Lageranordnung
für zwei konzentrische Wellen, die in axialer Richtung
relativ zueinander bewegbar sind. Die Lageranordnung
enthält zwei Kugellager, deren äußere Laufringe an der
Innenseite der äußeren Welle durch scheibenförmige
Federelemente gegeneinander vorgespannt sind, um axial
verschiebbar zu sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lagerspannvorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen,
die wirkungsvoll eine Relativdrehung zwischen einer der Wellen der
Gasturbine und dem Lagerring des Turbinenwellenlagers verhindert,
ohne daß die Spannkraft zwischen Turbinen- und
Kompressorwelle beeinträchtigt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß der Weg der Spannkraft zwischen der
Turbinenwelle und der Kompressorwelle nur durch einen
Berührungspunkt geht. Dadurch werden die bei bekannten
Einrichtungen auftretenden Schwierigkeiten beim Ausrichten
und die Vibrationsprobleme vermieden. Trotzdem wird eine
relative Drehung zwischen der Turbinen- und der
Kompressorwelle wirksam verhindert, denn aufgrund der
Spannkraft wird das rohrförmige, axial elastische Bauteil
axial zusammengedrückt, um eine ausreichende Axialkraft auf
den Lagerring auszuüben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 1;
und
Fig. 3 eine sehr stark vergrößerte Ansicht der Kompressoraustrittsdichtung
der in Fig. 1 gezeigten Gasturbine.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte, bekannte Gasturbine 10 umfaßt
einen Kompressor 12, einen Brennkammerabschnitt 16
und eine Turbine 18. Die Turbine 18 weist eine zylindrische
Turbinenwelle 20 auf, die antriebsmäßig mit einer runden
Kompressorwelle 14 zum Antrieb des Kompressors 12 verbunden
ist und die Kompressorwelle teilweise umgibt.
Die Lagerspannvorrichtung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann zum Verspannen von Lagerringen
mit verschiedenen Wellen der Maschine verwendet
werden. Wie man beispielsweise am besten in Fig. 2 sieht,
ist die Turbinenwelle 20 drehbar in einem runden Wälzlager
22 gelagert. Das Lager 22 enthält
einen inneren Lagerring 24, der an der Turbinenwelle 20
befestigt ist und sich mit ihr dreht. Der innere Lagerring
24 hat einen inneren Durchmesser, der ein wenig kleiner
als der äußere Durchmesser der Turbinenwelle 20 ist.
Die Befestigung des inneren Lagerrings 24 auf der Turbinenwelle
20 wird durch Erwärmen des inneren Lagerrings
24 bis zu einem Grad, bei dem der innere Durchmesser größer
als der äußere Durchmesser der Turbinenwelle 20 ist,
erreicht. Der innere Lagerring 24 wird dann auf die Turbinenwelle
20 aufgeschoben und abgekühlt, wodurch er um
die Turbinenwelle 20 schrumpft und einen festen Preßsitz
ausbildet.
Unter normalen Betriebsbedingungen ist der oben beschriebene
Preßsitz ausreichend, um den inneren Lagerring 24 auf
der Turbinenwelle 20 zu halten. Im Fall eines Lagerschadens
jedoch kann die durch das beschädigte Lager erzeugte
Wärme den inneren Lagerring 24 erwärmen und ausdehnen,
wodurch sich der innere Lagerring 24 von der Turbinenwelle
20 löst und sich relativ zu ihr
dreht. Eine derartige relative Drehung des Lagerrings
kann möglicherweise zu einem Bruch der Turbinenwelle
20 und zu einer Beschädigung der Turbine führen.
Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein axial federndes Bauteil
26 vorgesehen, das in diesem Ausführungsbeispiel aus einem elastischen
rohrförmigen Teil besteht, das zum Aufbringen einer
axialen Kraft auf den inneren Lagerring 24 zur Verhinderung
einer relativen Drehung des Lagerrings 24 zur
Turbinenwelle 20 dient. Axial soll in diesem Zusammenhang
die Richtung längs der Achse Y-Y in der Zeichnung
bedeuten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das elastische
Bauteil 26 als hinterer Teil der Kompressor-Austrittsdichtung
28 ausgebildet. In diesem Zusammenhang soll
"hinterer Teil" die Richtung nach rechts längs der Achse
Y-Y in der Zeichnung bedeuten. Das elastische Bauteil 26
besteht, wie man am besten aus Fig. 3 sieht, aus drei
Reihen länglicher, im Abstand angeordneter, kreisbogenförmiger
Schlitze 30, die in den hinteren Teil der Kompressor-Austrittsdichtung
28 zur Ausbildung von zwei Reihen Stegen
32, die beim Aufbringen einer axialen Kraft elastisch
sind, eingefräst sind. Durch das Einbeziehen des federnden
Bauteils 26 in einen Teil der bestehenden Kompressor-Austrittsdichtung,
wird eine Relativdrehung zwischen einer der Wellen und
dem Lagerring ohne Steigerung des Gesamtgewichts oder Verlängerung der Zusammenbauzeit
der Turbine verhindert. Weiter sind die Kosten für
den Einbau aufgrund
der Einfachheit der Ausbildung des elastischen Bauteils
als Teil der bestehenden Dichtung minimal.
Eine erste End- oder Seitenfläche 34 des inneren Lagerrings
24 steht mit einer kreisförmigen Schulter 36 auf der
Außenseite der zylindrischen Turbinenwelle 20 in Eingriff.
Die zweite End- oder Seitenfläche 38 des inneren Lagerrings
24 steht mit einer End- oder Seitenfläche 40 der
Kompressor-Austrittsdichtung 28 in Eingriff, die das
rohrförmige, elastische Bauteil 26 beinhaltet. Eine Schulter
42 der Kompressor-Austrittsdichtung 28 steht mit einer
ringförmigen Schulter 44 auf der Kompressorwelle 14 in Eingriff.
Der Abschnitt der Kompressor-Austrittsdichtung 28
zwischen der Schulter 42 und der Endfläche 40 ist ein wenig
länger als der Abstand zwischen der zweiten Endfläche 38
des inneren Lagerrings 24 und der ringförmigen Schulter 44
auf der Kompressorwelle 14, so daß beim Zusammenbau das
elastische Bauteil 26 zum Aufbringen einer axialen Kraft
auf den inneren Lagerring 24 zusammengedrückt wird.
Eine schulterartige End- oder Seitenfläche 46 der Turbinenwelle 20
steht mit einer ringförmigen Schulter 48 auf der Kompressorwelle
14 in Eingriff. An einem Ende 50 der Kompressorwelle
14 ist eine Spanneinrichtung 52 vorgesehen, die
in diesem Ausführungsbeispiel als Kontermutter ausgebildet
ist, die mit einer ringförmigen Schulter 54 auf der
Innenseite der zylindrischen Turbinenwelle 20 in Eingriff
steht.
Der Zusammenbau wird durch Anziehen der Kontermutter 52
erreicht, wodurch die Turbinenwelle 20 nach links gedrückt
und die Kompressorwelle 14 nach rechts gedrückt
wird. Dies hat zum Ergebnis, daß das Ende 46 der Turbinenwelle
20 gegen die Schulter 48 der Kompressorwelle
14 gedrückt wird. Weiteres Anziehen der Kontermutter
erzeugt eine Spannkraft zwischen der Turbinenwelle 20
und der Kompressorwelle 14, wodurch eine dauernde Berührung
zwischen den beiden Wellen geschaffen wird. Das
weitere Anziehen der Kontermutter führt weiter dazu,
daß die Schulter 36 auf der Turbinenwelle 20 den inneren
Lagerring 24 nach links gegen die Endfläche 40 des
elastischen Bauteils 26 drückt. Die Schulter 44 auf der
Kompressorwelle 14 drückt entsprechend die Schulter 42
der Kompressor-Austrittsdichtung 28 nach rechts. Dies
führt dazu, daß das rohrförmige elastische Bauteil 26
axial zusammengedrückt wird, wodurch eine axiale Kraft
auf den inneren Lagerring 24 ausgeübt wird, die den Lagerring
gegen die Schulter 36 auf der Turbinenwelle 20
drückt. Die axiale Kraft ist ausreichend, um den inneren
Lagerring 24 in bezug auf die Turbinenwelle 20
unabhängig von einer Ausdehnung des inneren Lagerrings
24 infolge eines möglichen Schadens des Lagers 22 festzuhalten.
Claims (5)
1. Lagerspannvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit
Verdichter- und Turbinenwelle, enthaltend:
- - wenigstens zwei axial fluchtende Wellen (14, 20), von denen eine Welle (14, 20) teilweise in die andere Welle (20, 14) eingeführt ist und die eine Welle gegen die andere Welle in axialer Richtung an Schultern (46, 48) anliegt,
- - eine Lageranordnung (22), die eine Welle für eine Rotation haltert und einen an der Welle befestigten inneren Lagerring (24) aufweist, der an einer Schulter (36) der anderen Welle anliegt,
- - eine Spanneinrichtung (52) zum Ausüben einer axialen
Verbindungskraft zwischen den beiden Wellen (14, 20)
über Schultern (48, 54),
gekennzeichnet durch - - ein rohrförmiges, axial elastisches Bauteil (26), das die zwei Wellen (14, 20) umgibt und zwischen dem inneren Lagerring (24) und einer Schulter (42, 44) einer der Wellen (14, 20) axial vorgespannt ist.
2. Lagerspannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die eine Welle (14)
die Verdichterwelle und die andere Welle (20) die Turbinenwelle
ist.
3. Lagerspannvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige elastische Bauteil
(26) ein Biegeteil ist, das mehrere
im Abstand angeordnete, bogenförmige Umfangsöffnungen
(30) aufweist.
4. Lagerspannvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (30)
drei Reihen von langgestreckten, im Abstand angeordneten
bogenförmigen Schlitzen aufweisen, die zwei Reihen von
Stegen (32) bilden, die sich bei axialer Belastung biegen.
5. Lagerspannvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Bauteil
(26) als hinterer Teil der Verdichteraustrittsdichtung
(28) ausgebildet ist.
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