DE3140693C1 - Gehaeuseaufbau fuer ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gehäuseaufbau der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung; Ein solcher Gehäuseauf bau ist aus der DE-AS 21 40 347 bekannt. Bei diesem bekannten Gehäuseaufbau wird das Innengehäuse mit dem Kerntriebwerk von einer aus' zwei gelenkigen Gliedern bestehenden Aufhängevorrichtung getragen, die an einem einstückig mit einem am Pylon angeordneten Träger ansetzenden Haltearm verbunden sind, an dem auch das vom Pylon getragene Außengehäuse ansetzt. Bei dieser bekannten Aufhängevorrichtung kann es vorkommen, daß unter gewissen Belastungsbedingungen das Innengehäuse gegenüber dem Außengehäuse so versetzt wird, daß die Konzentrizität nicht näher gewährleistet ist und das Schaufelspitzenspiel über den Umfang unterschiedliche Werte einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Gehäuseaufbau derart zu verbessern, daß auch beim Auftreten ungewöhnlicher Belastungen die Konzentrizität zwischen Innengehäuse und Rotor des Kerntriebwerks beibehalten und die Achsfluchtung aufrechterhalten wird, wenn das äußere Gehäuse unter Belastungen verbogen wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die unter BeIastungen dem Außengehäuse aufgeprägten Verzerrungen über die Lenkeranordnungen übertragen werden, ohne daß eine die Konzentrizität beeinträchtigende Achsversetzung auftritt.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig.l eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem Gehäuseaufbau gemäß der Erfindung;

Fi g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt eines Teiles des Triebwerks nach F i g. 1, woraus die Aufhängung deutlicher erkennbar wird;

Fig.3 und 4 schematische Darstellungen, welche übertrieben gezeichnet die Arbeitsweise des Aufbaus nach der Erfindung erkennen lassen.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk, bestehend aus einem Kerntriebwerk 11 und einem hiervon angetriebenem Frontfan 10. Der Frontfan 10 weist eine Verkleidung 12 auf, in dem sich eine Stufe von Fanschaufeln 13 dreht. Die Fanschäufeln 13 werden von einer Nabe 14 getragen, die über eine Niederdruckwelle 15 von der Niederdruckturbine 16 angetrieben wird

Die Fanschaufeln 13 verdichten und beschleunigen die Luft, die dann in zwei Teilströme aufgeteilt wird, von denen einer zwischen dem Kerntriebwerk 11 und der Gebläseverkleidung 12 abfließt, um eine Schubkraft zu liefern und von denen der andere in das Kerntriebwerk 11 über einen Lufteinlaß 17 eintritt. Die in den Einlaß 17 eintretende Luft wird durch einen Zwischendruckverdichter 18 komprimiert und tritt durch Streben 19 hindurch, die einen Teil des weiter unten beschriebenen Trägeraufbaus bilden und sie wird dann im Hochdruckverdichter 20 weiter komprimiert.

Die vom Hochdruckverdichter 20 komprimierte Luft tritt in eine Brennkammer 21 ein, wo sie mit Brennstoff vermischt wird, der in den Brennstoffinjektoren einer Brennstoffzuführungsvorrichtung 22 zerstäubt worden ist. Das Brennstoff/Luftgemisch verbrennt in der Brennkammer 21, und die sich ergebenden heißen Gase treten durch die Hochdruckdüsenleitschaufeln 23 hindurch, um die Hochdruckturbine 24 anzutreiben. Dann gelangen

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die Gase durch die Zwischendruck-Düsenleitschaufeln liegenden Seite ist die Scheibe 51 mit einem weiteren 25, um die Zwischendruckturbine 26 anzutreiben und kegelstumpfförmig ausgebildeten Wellenstummel 53 dann gelangen sie nach den Niederdruckdüsenleit- versehen, der im Lager 45 abgestützt ist, um einen Mnteschauf ein 27, um die mehrstufige Niederdruckturbine 16 ren Träger für den Rotor zu bilden, anzutreiben. Die Zwischendruckschaufeln 25 bilden ei- 5 In üblicher Weise trägt die Scheibe 51 eine Stufe von nen Teil eines zweiten Trägeraufbaus, der weiter unten Turbinenrotorschaufeln 54.

im einzelnen beschrieben wird. Demgemäß wird das Hochdruckrotorsystem von dem

Wie oben erwähnt, treibt die Niederdruckturbine 16 Außengehäuse 35 über die Lagerabstützungen 40 und die Fan-Nabe 14 und die Fanschaufeln 13 über die Nie- 46 abgestützt derdruckwelle 15 an und in gleicher Weise treibt die 10 Nunmehr soll auf den statischen Aufbau Bezug ge-Zwischendruckturbine 26 den Zwischendruckverdichter nommen werden. Der Verdichter 20 erfordert einen sta-18 über die Zwischendruckwelle 28 an und die Hoch- tischen Aufbau, der die äußere Begrenzung der Luftdruckturbine 24 treibt den Hochdruckverdichter 20 strömung durch den Kompressor definiert und eine Abüber die Hochdruckwelle 29 an. Stützung für die Statorschaufeln des Verdichters bildet

Soweit es die vorstehende Beschreibung betrifft, han- 15 Diese Funktion wird durch mehrere Flanschringe 55₃ 56, delt es sich um ein herkömmliches Triebwerk Fig.2 57, 58, 59 und 60 durchgeführt, die miteinander durch zeigt jedoch im einzelnen die neuartige Gehäusekon- Schraubbolzen verbunden sind, um ein Innengehäuse 61 struktion für den Hochdruckverdichter 20 und den zu- zu bilden. Die aneinanderstoßenden Flansche der Gegeordneten Aufbau. Die Streben 19 sind an einem Ring häuseringe dienen zur Festlegung radialer Lagerfortsät-30 verbolzt, der das vorderste Glied einer Reihe von 20 ze 62 der Statorstufen 63.

Ringen 30,31,32,33 und 34 bildet, die an ihren Außen- An seinem vorderen Ende wird das Innengehäuse 61

flanschen durch Bolzen miteinander verschraubt sind von den Streben 19 über vordere Träger abgestützt, Hie und ein zylindrisches Außengehäuse 35 bilden. Dieses einen Eingriff zwischen einem Radialflansdi 64, der von zusammengesetzte Außengehäuse 35 bildet einen Teil den Schaufeln 19 getragen wird, und einem radialen des statischen Hauptlastträgeraufbaus des Kerntrieb- 25 Flansch 65 herstellen, der den vorderen Flansch des werks 11 und trägt u. a. die Lager, die ihrerseits das sich Flanschringes 55 bildet Zu diesem Zweck greifen die drehende System, bestehend aus Hochdruckkompres- Flansche über eine Klauenkupplungsverbindung 66 insor 20, Welle 29 und Turbine 24, abstützen. Das Außen- einander, wobei die Klauen radial von dem Flansch 65 gehäuse 35 bildet einen Teil eines längeren Triebwerks- vorstehen und mit Klauen zusammenwirlcenk die axial gehäuses, aber nur ein Teil davon, welches aus den Rin- 30 von dem Flansch 64 vorstehen. Die Flansche sind elagen 30 bis 34 besteht, ist im Zusammenhang mit der stisch gegeneinander abgedichtet Gemäß dem darge-Erfindungvon Interesse. stellten Ausführungsbeispiel wird dies durch eineTeler-

Der Gehäusering 30 trägt die Streben 19 und diese feder 67 bewirkt, die zwischen ihnen angeordnet ist tragen ihrerseits über Füße 36 zwei kegelstumpfförmige Wenn sich die Anwendung derartiger Telerfedeni als Ausstellungen 37, die an ihrem inneren Umfang zusam- 35 unzweckmäßig erweist, können jedoch andere hermenlaufen und einen Ring 38 bilden, der den äußeren kömmliche elastische Dichönittel Anwendung Enden. Laufring eines Kugellagers 39 abstützt. Die Streben 19, Durch diesen Eingriff wird das Innengehäese 61 kondie Füße 36, die Aussteifungen 37 und der Ring 38 bilden zentrisch zum Lager 39 gehalten, jedoch kann sich das zusammen eine vordere Lagerabstützung, die mit dem Gehäuse um einen kleinen Betrag neigen. Weil der Ein-Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist. 40 griff bei 66 im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt

Das hintere Ende des Außengehäuses 35 trägt über wie das Lager 39, beeinflußt eine solche Neigungsverden Ring 34 die Zwischendruck-Düsenleitschaufein 25, Setzung nicht merklich die Konzentrizität zwischen diedie b ei 41 im Hakeneingriff mit dem Ring 34 stehen und sem vorderen Ende des Gehäuses 61 und dem Lager 39. bei 42 eine Klauenkupplung aufweisen. An ihren inne- Um eine rückwärtige Abstützung für den rückwärti-

ren Enden sind die Schaufeln 25 an einem Membranarti- 45 gen Teil des Innengehäuses €1 zu bilden, ist der Hanschgen Aufbau 43 befestigt, der nach innen hin zu einem anschlag zwischen den hinteren zwei Ringen 59 sind 60 Ring 44 verläuft, der den äußeren Laufring eines Rollen- durch axialverlaüfende Lenker 68 an einem Trägerlagers 45 trägt, das koaxial zu dem Kugellager 39 liegt flansch 69 befestigt, der am vorderen Ende eines kegel-Die Schaufeln 25, der Membranaufbau 43 und der Ring stumpfförmigen Steges 70 angeordnet ist Dieser Ver-44 bilden zusammen die hintere Lagerabstützung 46. 50 steifungssteg 70 ist seinerseits am Gehäuse 35 zwischen

Die Lager 39 und 45, die von den Abstützungen 40 den Flanschen der Ringe 31 und 32 an einer Stelle ver- und 46 getragen werden, tragen den Rotor des Hoch- bolzt, die in diesem Falle etwa in der Mitte des Gehäudruckverdichters 20, die Welle 29 und den Rotor der ses 35 zwischen den Trägeraufbauten 40 end 46 Hegt Hochdruckturbine 24. Der Rotor des Verdichters 20 Die Lage dieser Befestigungsmittel wird durch das Verweist mehrere Scheiben 47 auf, von denen jede eine 55 halten des Gehäuses unter Biegebelastongen bestimmt Stufe von Rotorschaufeln 48 trägt. Jede Scheibe 47 ist und kann nicht immer in der Mitte des Gehäuses verlaumit der ihr benachbarten Scheibe verbunden, um eine fen. Die Lenker 68 sind in diesem Fall starr an den Kompressortrommel zu bilden, und die dritte Scheibe in Gehäuseflanschen und am TrägerringfestgelegtZudiedieser Reihe ist mit einem Wellenstummel 49 versehen, sem Zweck sind die Enden der Lenker mit einem der in das Lager 39 einsteht, das die vordere Abstützung 60 Schraubgewinde versehen, so daß die vorderen Enden für den Rotor bildet Die hinteren drei Scheiben sind als Bolzen arbeiten können, um die Flansche des Ringes durch kegelstumpfförmige Flansche 50 verbunden und 59 und 60 zusammenzuhalten, während die hinteren Endiese Flansche bilden einen Fortsatz der Welle 29, der den mit dem Flansch 69 verbolzt sind, mit der hintersten Scheibe verbunden ist, um den Ver- Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die

dichterrotor anzutreiben und abzustützen. 65 Lenker 68 starr an ihren Enden abgestützt, sie sind je-

Am hinteren Ende ist die Welle 29 mit der Turbinen- doch in einer solchen Zahl und mit solchen Abmessunrotorscheibe 51 über einen von der Scheibe vorstehen- gen vorgesehen, daß sie in der Lage sind, sich etwas zu den Wellenstummel 52 verbunden. Auf der gegenüber- biegen, damit der hintere Teil des Innengehäuses 61 bis

zu einem gewissen Maße radial gegenüber dem Außengehäuse 35 versetzt werden kann. Es ist natürlich möglich, eine gleiche Wirkung durch Benutzung starrer Lenker zu erlangen, wenn die Verbindungen zwischen den Lenkern und den Gehäuseaufbauten etwas flexibel ausgebildet werden.

Damit die Arbeitsweise des beschriebenen Aufbaus leichter verständlich wird, zeigen die F i g. 3 und 4 den Grundaufbau der Konstruktion in stark vereinfachter Form. F i g. 3 zeigt den Aufbau, wie er wäre, wenn keines der Gehäuse verzerrt ist. Es ist ersichtlich, daß die Rotorachse 71 gerade verläuft und durch Lager 39 und

45 definiert ist, die über die Lagerabstützungen 40 und

46 vom lasttragenden Außengehäuse 35 abgestützt sind. Das Außengehäuse 35 liegt in seiner unverzerrten Form koaxial zu dem Rotor und koaxial zur Achse 71. Das Innengehäuse 61 wird an dem vorderen Träger 66 konzentrisch zum Lager 39 abgestützt und demgemäß konzentrisch zur Rotorachse 71 und am hinteren Teil erfolgt eine Abstützung durch einen rückwärtigen Träger bestehend aus den Axiallenkern 68, die eine Abstützung gegenüber dem Außengehäuse 35 bewirken. Diese Lenker bilden ein Parallelogrammlenkergestänge, welches diesen rückwärtigen Teil des Innengehäuses 61 parallel zu dem Mittelabschnitt des Außengehäuses 35 hält, und demgemäß ist das Gehäuse 61 auch konzentrisch innerhalb des Rotors angeordnet. Dies ist die normale statische Bedingung des Triebwerksaufbaus und es ist üblich, den Spitzenzwischenraum zwischen den Rotorschaufeln 48 und dem zugeordneten Gehäuseaufbau 55, 56,57,58,59,60 auf Grund dieser Bedingung einzustellen.

Weil das Außengehäuse 35 lasttragend ist, wird es notwendigerweise verzerrt, und F i g. 4 zeigt in übertriebenem Maße die Wirkung einer solchen Verzerrung. Es ist ersichtlich, daß das Gehäuse statt zylindrisch, wie im unbelasteten Zustand, zwischen den massiven Lagerabstützungen 40 und 46 durchgebogen ist, so daß die Ach^ se eine Kurve beschreibt. Wenn das Innengehäuse 61 einfach in herkömmlicher Weise von dem Außengehäuse 35 abgestützt wird, dann würdedieses Gehäuse insbesondere am hinteren Ende gegenüber der geradlinigen Achse, die durch die Lager 39 und 45 definiert ist, versetzt. Da der von diesen Lagern abgestützte Rotor keiner Kraft unterworfen ist, die das Außengehäuse 35 definiert, wird die Rotorachse 71 nicht geändert und der Zwischenraum zwischen den Spitzen der Rotorschaufeln und dem Gehäuse 61 würde verändert.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau gewährleistet jedoch die Lagerung des vorderen Teils des Innengehäuses 61 bei 60, daß selbst bei einer Neigung des Aufbaues 40 dieser Teil des Innengehäuses 61 konzentrisch zu der Achse 71 verbleibt. Das Parallelogrammgestänge, welches von den Lenkern 68 gebildet ist, biegt sich durch, jedoch wird gleichzeitig gewährleistet, daß die Achse des Innengehäuses 61. parallel zu jenem Abschnitt des Außengehäuses 35 gehalten wird, der etwa in der Mitte zwischen den Lagerabstützungen 40 und 46 liegt und mit dem die Lenker schließlich verbunden sind. Obgleich dieser Teil des Außengehäuses 35 derjenige ist, der am meisten radial versetzt wird, verbleibt dennoch die Achse dieses Abschnittes parallel zur Achse 71 in diesem Bereich.

Die Wirkung der Abstützung 66 und der Lenker 68 gewährleistet demgemäß, daß das Innengehäuse 61 konzentrisch zur Achse 71 am vorderen Ende gehalten wird und parallel zur Achse am hinteren Ende. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Gehäuse koaxial zur Achse 71 und demgemäß zum Rotor gehalten wird und daß unerwünschte Änderungen des Spitzenzwischenraumes auf diese Weise vermieden werden.

Es ist wesentlich, daß das Lenkergestänge, welches von den Lenkern 68 gebildet wird, von: einem Teil des Außengehäuses 35 abgestützt wird, der seine Achse parallel zur Achse 71 beibehält, selbst wenn das Gehäuse verzerrt wird. Normalerweise liegt dieser Teil des Gehäuses etwa in der Mitte zwischen den Abstützungen 40 und 41. Wenn jedoch das Außengehäuse 35 beträchtliche Unregelmäßigkeiten im Hinblick auf die Dicke oder andere Abmessungen aufweist, kann dieser Teil ebenfalls vom Mittelabschnitt versetzt sein. In diesem Falle' müßten die Lenker 68 mit diesem unterschiedlichen Teil des Gehäuses, falls erforderlich, über einen Zwischenaufbau verbunden sein.

Das Parallelogrammgestänge, welches von den Lenkern 68 gebildet wird, stellt eine sehr einfache und zweckmäßige Möglichkeit dar, die erforderliche Parallelität zwischen dem Innengehäuse 61 und dem übrigen Teil des Außengehäuses 35 aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig davon, ob die Lenker 68 starr mit einem flexiblen Lager verbunden sind oder selbst flexibel sind. Es könnten jedoch auch andere Gestänge oder Trägersysteme benutzt werden, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Ebenso könnte^der Lägeraüfbäu bei'66, bei welcMem eine Klauenkupplung zwischen dem Gehäuse und dem Trägeraufbau benutzt wird, durch andere Konstruktionen, beispielsweise durch eine flexible Membran oder durch eine Lagerung ersetzt werden, bei welcher eine Verzerrung dünner Abschnitte der Träger bewirkt wird, um eine Neigung zu ermöglichen, jedoch die erforderliche Konzentrizität aufrechtzuerhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gehäuseaufbau für ein Gasturbinentriebwerk mit einem lasttragenden äußeren Gehäuse, mit einer vorderen und einer hinteren Lagerahstützung, mit koaxialere vorderen und hinteren Rotorlagern, die duuchidie Lagerabstützungen vom äußeren Gehäuse getragen werden», mit einem Innengehäuse, welches innerhalb des; äußeren Gehäuses gelagert ist, mit vorderen Abstützungen, die einen Vorderteil des Innengehäuses irn wesentlichen konzentrisch zu dem vorderen Rotorfager tragen, und mit einer hinteren Abstützung, die einen! hinteren. Teil des inneren Gehäuses: vorm äußeren Gehäuse her lagert, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Abstützung (;69)i ein; Parallelogrammgestänge aufweist, welches den hinteren Teil des Innengehäuses (61) mit einem Abschnitt des Äußengehäuses (35) verbindet, der zwischen der vorderen Lagerabstützung (40) und der hinteren Lagerabstützung (46) liegt, daß die Achse dieses. Abschnitts zu den Achsen der Lager (39, 45) parallel· verbleibt, wenn das Außengehäuse (35) infolge; der aufgeprägten Belastungen im übrigen venzeert wird, daß das, Parallelogrammgestänge eine Mehrzahl! paralleler,, axial verlaufender Lenker (68) umfaßic,, die; parallel zueinander in Radialrichtung undliiaTängentialriehtung schwenkbar sind, um eine nadMte ¥ersetzung längs irgend eines Radius zwischen, densülnnengehause (4,1). und dem Abschnitt des ÄuffiengeMu&es (35)) zu· ermöglichen und um eine Äense des Innengehäuses (61) parallel zur Achse des A^ssßltailits.d.esÄußengehäus.es (35) zu. halten.

2. OeMuseaufbaui naelt Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, dkB die Lenker (68): starr an ihren Enden festgelegt und! se» bemessen sind, daß sie sich im Betriefe diiEchbiegen können, um die radiale Versetzung; zu; ermöglichen^.

3i Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, dadurch ge-, kennzeichnet, daß'die" Lenker elastisch federnd mit ihrem Enden festgelegt sind, so daß die radiale Versetzung durch die Elastizität der Befestigungsmittel zustandte kommt..

4L Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekejmzeiehnet,, daß der vordere Träger (64, 65, 66) eine Neigung dies Innengehäuses (61) um das vordere Lager (^ermöglicht.

5-.. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekenozeiiehnet„däß^;der vordere Träger (64,65,66) das Innengehause; (61), von der vorderen Lagerabstützung|IÖ);her abstützt

6i. Gehäuseaufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,, daß) der vordere Träger radial verlaufendte Kliauen aufweist, die. vom: Innengehäuse (61) getragen werden und mit axial verlaufenden Klauen zusammenwirken,, die vom. Lagerpanel getragen werdfem.

7.. Gehäuseaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß der Abschnitt des Außengehäuses (35)) vom Mitteläbschnitt dieses Gehäuses gebildet ist.