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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zum Abstützen
eines Rotors in einer Flugzeug-Gasturbinenmaschine und insbesondere
eine Abstützanordnung,
die oszillatorische Verformungen eines Rotors mit Unwucht aufnimmt
und dabei die Abstützung
des Rotors in Längsrichtung
beibehält
und die Übertragung
möglicherweise
schädigender
Unwuchtkräfte auf
andere Teile der Maschine minimiert.
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Gasturbinenmaschinen des Typs, der
zum Antreiben von Flugzeugen verwendet wird, haben einen Rotor,
der typischerweise einen Bläser
mit einer Reihe von sich radial erstreckenden Bläserlaufschaufeln, einen Verdichter,
eine Turbine und eine Welle zum Übertragen
von Leistung und Rotationsbewegung von der Turbine auf den Verdichter
und den Bläser
aufweist. Der Rotor ist in Radialrichtung und in Längsrichtung
an einem nicht rotationsfähigen Abstützrahmen
durch zwei oder mehrere in Längsrichtung
beabstandete Lager abgestützt,
wobei jedes in einem abgedichteten Lagerkompartment eingeschlossen
ist. Unter normalen Betriebsbedingungen hat der Rotor einen Schwerpunkt,
der radial mit einer durch die Mittelpunkte der Lager gehenden Mittelachse
zusammenfällt.
Der Rotor hat auch eine Eigenschwingungsfrequenz, die konstruktionsmäßig höher als
die maximale Rotationsfrequenz des Rotors ist.
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Während
des Maschinenbetriebs kann ein Bruchstück einer Bläserlaufschaufel sich von dem Rest
der Laufschaufel lösen,
so dass der Schwerpunkt des Rotors von der Mittelachse verlagert
ist. Da die Lager den Rotor radial festlegen, rotiert er um die Mittelachse
und nicht um eine Achse, welche durch den verlagerten Schwerpunkt
geht. Deshalb werden möglicherweise
schädigende
Unwuchtkräfte
durch die Lager auf den Abstützrahmen übertragen.
Obwohl das Abtrennen eines Laufschaufelbruchstücks höchst unwahrscheinlich ist,
ist es übliche
Praxis, den Abstützrahmen
kräftig
genug zu machen, dass dieser den Unwuchtkräften widersteht, bis die Maschine
sicher abgeschaltet werden kann.
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Unglücklicherweise fügt ein derartiges
Verstärken
des Abstützrahmens
unerwünschtes
Gewicht und Volumen der Maschine zu.
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Ein möglicher Weg zum Minimieren
des Gewichts und des Volumens des Abstützrahmens ist es, den Rotor
an dem Rahmen mit einer Abstützanordnung
abzustützen,
deren Fähigkeit,
den Rotor radial festzulegen, abrupt nachlässt (oder vollständig aufgehoben
wird), wenn sie einer Radialkraft über einem vorbestimmten Wert
ausgesetzt wird. Sobald die Fähigkeit
zum radialen Festlegen abgeschwächt
ist, ist der Rotor frei, um eine durch den verlagerten Schwerpunkt
gehende oder wenigstens näher
bei dem verlagerten Schwerpunkt angeordnete Rotationsachse zu rotieren.
In der Folge ist die Übertragung
von Unwuchtkräften
auf den Abstützrahmen
minimiert, so dass sein Gewicht und Volumen entsprechend verringert
sein können.
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Nur ein Nachlassen der radialen Festlegung ist
kein vollständig
zufrieden stellender Weg, die Übertragung
von Unwuchtkräften
auf den Abstützrahmen
zu minimieren. In dem Fall, dass die Rotorabstützanordnung den Rotor in Längsrichtung
sowie in Radialrichtung festlegt, muss ein Nachlassen der radialen
Festlegung auf eine Art vorgenommen werden, die die Abstützung des
Rotors in Längsrichtung
nicht kompromittiert. Außerdem
erfährt
der radial nicht mehr festgelegte Rotor oszillatorische radiale Verformungen,
die leicht die Lagerkompartment-Dichtungen beschädigen können und so eine Leckage von
Schmier- und Kühlöl aus dem
Kompartment zulassen können.
Der Verlust von Öl
ist nicht ohne Konsequenzen in einer Flugzeugturbinenmaschine, selbst
wenn das Triebwerk im Anschluss an die Ablösung eines Laufschaufelbruchstücks abgeschaltet
wird. Der Rotor der außer
Betrieb gesetzten Maschine rotiert oder dreht wie eine Windmühle weiter
bei einer niedrigen Rotationsfrequenz in Folge der Vorwärtsgeschwindigkeit
des Flugzeugs. Eine derartige fortgesetzte Rotation ist wünschenswert,
da sie den aerodynamischen Widerstand minimiert, der durch die Bläserlaufschaufeln
der außer
Betrieb befindlichen Maschine erzeugt wird. Der Verlust von Schmieröl kann dazu
führen,
dass das Lager überhitzt
und fest geht, so dass der Rotor nicht mehr windmühlenartig
drehen kann. Der begleitende Anstieg an Widerstand macht den Betrieb
des Flugzeugs schwieriger, besonders wenn die betroffene Maschine
von der Mit tellinie des Flugzeugs versetzt ist. Ein weiterer potenzieller
Nachteil des lediglich Nachlassens der radialen Festlegung des Rotors steht
in Beziehung mit der Dynamik des Rotors und seiner Abstützstruktur.
Vorausgesetzt, dass die Rotationsfrequenz des Rotors geringer als
die Eigenfrequenz ist, ist der Phasenwinkel zwischen den Unwuchtkräften und
der Rotorverformung bei hoher Rotationsfrequenz etwas niedriger
als 90°.
Solange der Rotor und seine Abstützstruktur
intakt bleiben, bewirken die Unwuchtkräfte eine Erhöhung der
Amplitude der Verformung. Sobald die radiale Festlegung abrupt nachlässt, geht
der Phasenwinkel zwischen den Unwuchtkräften und der Verformung auf
etwa 180°. Wenn
dieser Übergang
nicht durch ein geeignetes Dämpfen
kontrolliert wird, kann es zu übermäßigen und
möglicherweise
zerstörerischen
Verlagerungen der Rotormittellinie kommen. Zuletzt setzen diese Verlagerungen
die unbeschädigten
Lagerabstützungen
der Maschine Kräften
großer
Stärke
aus.
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Ein in Beziehung stehender Nachteil
des lediglich Nachlassens der radialen Festlegung kann ersichtlich
werden, wenn die Rotationsfrequenz des beschädigten Rotors zu seiner Windmühlen-Rotationsfrequenz
konvergiert. Wenn die unterdrückte
Eigenfrequenz des Rotorsystems ähnlich
der Windmühlenfrequenz
ist, können
die oszillatorischen Verformungen des windmühlenartig drehenden Rotors auf
Resonanzniveaus verstärkt
werden, die an dem Rotor zusätzliche
Beschädigung
verursachen können.
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Somit erkennt man, dass lediglich
ein Nachlassen der radialen Festlegung eines Rotors nicht ein vollständig befriedigendes
Mittel zum Umgehen mit einem unwuchtigen Rotor ist.
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GB 1 418 907 beschreibt eine Lageranordnung
zur Verwendung mit einer rotierenden Welle, die einer plötzlichen
Aufnahme großer
radialer Belastungen ausgesetzt sein kann.
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Gemäß der Erfindung wird eine Abstützanordnung
für einen
Rotor bereitgestellt, aufweisend eine um eine sich in Längsrichtung
erstreckende Achse rotationsfähige
Welle, aufweisend:
einen nicht-rotationsfähigen Abstützrahmen und
ein Lager,
welches radial zwischen der Welle und dem Rahmen zwischengeschaltet
ist, um die Welle an dem Rahmen abzustützen, wobei das Lager eine haltbare
Abstützung,
die an der Welle oder dem Rahmen befestigt ist und eine zerstörbare Abstützung hat,
die in einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanal in einem
an dem anderen von Welle oder Rahmen angebrachten Gehäuse eingesetzt
ist, so dass bei dem Aufbringen einer Radialkraft über einem
vorbestimmten Schwellenwert die zerstörbare Abstützung außer Eingriff kommt, um eine
abnormale Verformung der Welle aufzunehmen und dabei deren Abstützung in
Längsrichtung
zu liefern;
dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal zum Teil durch
eine vordere und eine hintere Fläche
des Gehäuses
definiert ist, wobei die zerstörbare
Abstützung
auch eine vordere und eine hintere Fläche hat, die jeweils an der
vorderen bzw. der hinteren Fläche des
Kanals angrenzt; und
wobei die Kanalflächen und die Flächen der
zerstörbaren
Abstützung
dreidimensional gekrümmte
Oberflächen
sind, die derart angeordnet sind, dass während der abnormalen Verformung
der Welle die zerstörbare
Abstützung
in dem Kanal gleitet.
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Insbesondere wird eine Anordnung
zum Abstützen
eines Turbinenmaschinenrotors an einem Abstützrahmen beschrieben, der eine
zerstörbare Lagerabstützung aufweist,
die in Reaktion auf eine Unwuchtkraft außer Eingriff kommt und radial
in einem sich umfangsmäßig erstreckenden
Kanal gleitet, ohne die Unwuchtkraft auf den Abstützrahmen
zu übertragen
und ohne die Abstützung
des Rotors in Längsrichtung
zu kompromittieren.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das
Lager in einem abgedichteten Lagerkompartment eingeschlossen, welches
zum Teil von einem Dichtungsring und einer angrenzenden Dichtungsfläche begrenzt
ist, die relativ zueinander radial verlagerbar sind. Die angrenzenden
Oberflächen
der Dichtungsfläche
und des Dichtungsrings sind dreidimensional gekrümmte Oberflächen, so dass die relative
radiale Verlagerung die Integrität
der Dichtung nicht kompromittiert.
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Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Abstützanordnung
einen Dämpfer auf,
der temporär
arbeitet, um übermäßige Rotoroszillationen
zu dämpfen.
Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Abstützanordnung ein
Zentriersystem zum Wieder-Zentrieren des unwuchtigen Rotors und
zum Ändern
seiner Eigenfrequenz auf, um resonante oszillatorische Verformungen
bei der Windmühlendrehzahl
zu unterdrücken.
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Einige bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden nun nur beispielhaft und mit Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
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1 ist
eine Seitenschnittansicht einer Gasturbinenmaschinen-Rotorabstützanordnung
der vorliegenden Erfindung mit einer zerstörbaren Lagerabstützung und
einem Dämpfungskolben
zum temporären
Dämpfen
von Rotoroszillationen.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Teils des Dämpfungskolbens der 1.
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3A und 3B sind abgewickelte Ansichten des
Dämpfungskolbens
von 2, die den Kolben
in einem unverformten Zustand bzw. einem verformten Zustand zeigen.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
einer Abstützanordnung ähnlich der
von 1 und aufweisend
ein Zentriersystem zum Wieder-Zentrieren eines unwuchtigen Rotors
bei niedriger Rotationsfrequenz.
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5 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung, bei der ein elastisch nachgiebiger Dämpfer als
ein temporärer
Dämpfer
zum Dämpfen
von Rotoroszillationen dient.
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6 ist
eine Seitenschnittansicht einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung, bei der die zerstörbare
Lagerabstützung
eine zerdrückbare Zellenstruktur
aufweist.
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7 ist
eine Ansicht der zerdrückbaren
Zellenstruktur, die in der Richtung 7-7 von 6 genommen ist.
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Es wird auf die 1 Bezug genommen. Eine Flugzeug-Gasturbinenmaschine
weist einen Rotor 10 auf, der eine Welle 12 und
eine Reihe von Bläserlaufschaufeln,
beispielsweise die repräsentative
Laufschaufel 14, aufweist, die sich radial nach außen von
einer Nabe 16 erstrecken und von einem Bläsergehäuse 17 mit
einem Reibstreifen 18 umgeben sind. Längsverzahnungen 20 und
eine Kopplungsmutter 22 befestigen die Nabe an dem vorderen Ende 24 der
Welle. Der Rotor ist rotationsfähig
an einem Abstützrahmen 26 von
in Längsrichtung
beabstandeten Lagern, beispielsweise Kugellager 28, Rollenlager 32 und
zusätzlichen
Lagern, nicht gezeigt, in der Nähe
des hinteren Endes der Welle abgestützt. Die Lager 28, 32 sind
in einem abgedichteten ringförmigen
Kompartment 34 eingeschlossen, welches radial durch die
Welle und den Abstützrahmen 26 begrenzt
ist. Die Welle 12 ist um eine sich in Längsrichtung erstreckende Mittelachse 36 rotationsfähig, die
durch die Lagermittelpunkte geht, um Leistung und Rotationsbewegung
von einer nicht gezeigten Turbine auf einen ebenso nicht gezeigten
Verdichter und den Bläser
zu übertragen.
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Das vordere Ende des Lagerkompartments ist
von einer Dichtungsabstützung
38, einem Dichtungsträger 42 und
einer Dichtung 44 begrenzt. Die Dichtung 44 weist
einen nicht-rotationsfähigen
Dichtungsring 46 auf, der an dem Träger angebracht ist, und eine
Dichtungsfläche 48,
die an der Welle angebracht ist. Der Dichtungsring und die Dichtungsfläche haben
Oberflächen 52, 54,
die aneinander angrenzen, um das vordere Ende des Lagerkompartments abzudichten.
Eine analoge Dichtungsanordnung, die nicht gezeigt ist, begrenzt
das andere Ende des Kompartments hinter dem Rollenlager 32.
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Ein Schmiersystem weist eine Ölversorgungsleitung 62 und
eine Mehrzahl von umfangsmäßig verteilten
Sprühdüsen 64 zum
Injizieren von Kühl- und Schmieröl 66 in
das Innere des Kompartments auf. Ablasspassagen 72, 74 in
dem Abstützrahmen definieren
einen Weg zum Returnieren von verbrauchtem Öl zu den Entlüftern, den
Filtern und den Pumpen des Schmiersystems. Die Dichtung 44 verhindert
eine unerwünschte Ölleckage
aus dem Kompartment.
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Das vordere Ende des Abstützrahmens
ist ein Gehäuse 76 mit
einem sich umfangsmäßig erstreckenden
Kanal 78 mit vorderen und hinteren Flächen 82, 84.
Das Gehäuse
weist eine integrale Verlängerung 86 des
Rahmens und eine an der Verlängerung
mit Schrauben und Muttern 92, 94 angebrachte Abdeckung 88 auf.
Obwohl das gesamte Gehäuse
integral mit dem Rahmen hergestellt sein könnte, ist die gezeigte Konstruktion
bevorzugt, da sie Herstellung und Zusammenbau vereinfacht.
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Das Lager hat eine haltbare Abstützung 100, beispielsweise
den inneren Laufring 102, der an der Welle befestigt ist,
und eine zerstörbare
Abstützung 104.
In der gezeigten Ausführungsform
weist die zerstörbare
Abstützung
einen zweistückigen
Abstützring 106 auf,
dessen Hälten 108, 110 miteinander
verschraubt sind, und einen äußeren Laufring 114.
Die zerstörbare
Abstützung
hat einen vorderen und einen hinteren Opferflansch 116, 118,
die sich in Längsrichtung
von dem Abstützring
erstrecken. Jeder Flansch liegt an einem korrespondierenden Anlagestück 122, 124 an
dem Gehäuse
an, um den Abstützring
so zu positionieren und abzustützen,
dass der Abstützring in
dem Kanal mit seiner vorderen und hinteren Fläche 126, 128 angrenzend
an die vordere und hintere Fläche 82, 84 des
Kanals eingesetzt ist. Die Flächen 82, 84, 126 und 128 des
Kanals und des Abstützrings und
die Oberflächen 52, 54 des
Abdichtrings und der Dichtfläche
sind dreidimensional gekrümmte
Oberflächen,
beispielsweise sphärische
Oberflächen
mit einem gemeinsamen Mittelpunkt C, der im wesentlichen mit der
Mittelachse zusammenfällt.
Die Signifikanz der gekrümmten
Oberflächen
und der gekrümmten
Flächen
wird mit Blick auf die folgende Beschreibung des Betrieb der Erfindung
ersichtlich.
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Das Gehäuse 76 kann auch eine
ringförmige Ausnehmung 132 aufweisen.
Ein ringförmiger
Kolben 134 mit Umfangsdichtungen 136 und umfangsmäßig verteilten
Schlitzen 138 (2, 3A und 3B) ist in der Ausnehmung angeordnet und
wirkt mit dieser zusammen, um eine ölgefüllte Dämpfungskammer 142 zu
definieren. Der Kolben hat eine abgeschrägte Oberfläche 144 in Kontakt
mit einer korrespondierend abgeschrägten Oberfläche 146 an dem Abstützring.
Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, ist der Kolben nach
hinten in die Ausnehmung verlagerbar, so dass der Kolben und die
Dämpfungskammer
als ein temporärer
Schwingungsdämpfer 148 für den Fall
wirken, dass der Rotor unwuchtig wird. Ein Abstandselement 152,
welches an dem Boden 154 des Kanals installiert ist, begrenzt
eine Verlagerung des Kolbens nach vorne während des Zusammenbaus. Das
Abstandselement widersteht auch umfangsmäßig lokalisierter Verlagerung
des Kolbens nach vorne während
eines temporären
Betriebs des Dämpfers,
so dass seine Dämpfungsfähigkeit
nicht abgeschwächt
ist.
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Eine Abzweigleitung 156,
die sich von der Ölversorgungsleitung 62 erstreckt,
lenkt einen Teil des Lagerschmieröls in die Dämpfungskammer. Ein Ablass 158 erlaubt
einen Ölausfluss
aus der Kammer, so dass während
des normalen Maschinenbetriebs sich der Kolben im wesentlichen im
Gleichgewicht befindet – weder
nach vorne gegen das Abstandstück 152 und
den Abstützring 106 noch
nach hinten in die Ausnehmung 132 gedrückt wird.
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Während
des normalen Triebwerkbetriebs fällt
der Schwerpunkt des Rotors im wesentlichen mit der Mittelachse zusammen,
und die Lager legen den Rotor fest, dass er um diese Achse rotiert.
Für den Fall,
dass der Rotor unwuchtig wird, wie es in der Folge des Ablösens eines
Bläserlaufschaufelbruchstücks auftreten
würde,
ist der Schwerpunkt des Rotors von der Mittellinie verlagert. Solange
das Lager den Rotor festlegt, um die Achse 36 statt um
die Rotationsachse durch den (oder wenigstens näher an dem) verlagerten Schwerpunkt
zu drehen, werden substanzielle Unwuchtkräfte auf den Abstützrahmen übertragen.
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Die Abstützanordnung der vorliegenden
Erfindung minimiert die Übertragung
von Unwuchtkräften
auf den Abstützrahmen.
Wenn sie Radialkräften einer
Größe ausgesetzt
sind, die mit der Ablösung
eines Bläserlaufschaufelbruchstücks konsistent
sind, brechen die Opferflansche 116, 118 des Abstützrings abrupt
weg, so dass die zerstörbare
Abstützung
von dem Gehäuse
außer
Eingriff kommt. Das heißt,
der Abstützring
ist nicht länger
radial in dem Gehäuse festgelegt,
sondern stattdessen frei, radial in dem Kanal zu gleiten. Im Anschluss
an das Außer-Eingriff-Kommen
der zerstörbaren
Abstützung
rotiert der Rotor weiter, und der Teil des Rotors vor dem Rollenlager 32 verformt
sich und oszilliert radial. Die kombinierte rotatorische und oszillatorische
Verformung des Rotors bewirkt, dass sich irgendein zufälliger Punkt
des Rotors vor dem Rollenlager auf einer dreidimensional gekrümmten Oberfläche bewegt.
Jede Spur-Oberfläche
ist an eine sphärische
Oberfläche mit
Mittelpunkt an dem Krümmungsmittelpunkt
C angenähert,
wobei die exakte Position von C von Faktoren, beispielsweise gyroskopischen
Effekten, der Steifigkeit des Rotors und den Positionen der anderen,
unbeschädigten
Lager, abhängt,
die radial den Rotor festlegen. Die Flächen 82, 84, 126 und 128 des Kanals
und des Abstützrings
ahmen die Spurflächen nach,
und deshalb gleitet der Abstützring
glatt in dem Kanal, um die abnormale oszillatorische Verlagerung aufzunehmen,
ohne die radialen Unwuchtkräfte
auf den Rahmen zu übertragen.
Außerdem
bleibt der Abstützring
in dem Kanal eingesetzt, um eine fortgesetzte Festlegung des Rotors
in Längsrichtung
zu schaffen.
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Die Verformung des Rotors bewirkt
auch, dass die Dichtungsfläche 48 relativ
zu dem Dichtungsring 46 radial verlagert wird. Folglich
sind die Oberflächen 52, 54 des
Dichtungsrings und der Dichtfläche
auch sphärische
Oberflächen,
die ihren Mittelpunkt bei C haben, so dass die relative Verlagerung
dieser Oberflächen
nicht zerstörerisch,
d.h. mit minimaler Beschädigung
an der Dichtfläche
und dem Ring, erfolgt. In Folge ist eine Leckage von Schmieröl an der
Dichtung vorbei minimiert und so ein Festgehen des Rotors und ein
begleitender Anstieg des aerodynamischen Widerstands minimiert.
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Unmittelbar nach dem Ablösen eines
Laufschaufelbruchstücks
ist der Phasenwinkel zwischen der augenblicklichen Richtung der
Unwuchtkraft und der augenblicklichen Richtung der Rotorverformung etwa
90°, was
zu besonders starken Rotoroszillationen führt. Eine gewisse Dämpfung dieser
Oszillationen wird sich aus der Berührung zwischen Bläserlaufschaufeln
des oszillierenden Rotors und dem Reibstreifen 18 des Bläsergehäuses ergeben.
Dennoch kann es wünschenswert
sein, eine zusätzliche Dämpfung bereitzustellen.
Ein Schwingungsdämpfer 148 arbeitet
temporär,
um einen Übergang
zu einer harmloseren, etwa 180° Phasenrelation
zwischen der Unwucht und der Verformung zu erleichtern. Die kräftige radiale
Verformung des Rotors zwingt die abgeschrägte Oberfläche 146 des Abstützrings
gegen die abgeschrägte
Oberfläche 144 des
Kolbens 134 und treibt so den Kolben weiter in die Ausnehmung. Die
Verlagerung in Längsrichtung
des Kolbens zwingt Öl
aus der Dämpfungskammer über die
Zweigleitung 156 und den Ablass 158 (der als eine
Zumesseinrichtung wirkt, wenn der Kolben in die Ausnehmung getrieben
wird), um die übermäßigen Rotorverformungen
zu dämpfen.
Sobald sich die Verformungen bei einer weniger starken Amplitude
stabilisieren und sich die Rotation des Rotors um seinen verlagerten
Schwerpunkt stabilisiert, ist keine weitere Dämpfung erforderlich. Deshalb
wird keine Rückstellkraft
auf den Kolben aufgebracht, um ihn nach vorne in Richtung auf das
offene Ende der Ausnehmung und zurück in Berührung mit dem Abstützring zu
drücken.
Somit erkennt man, dass der Dämpferbetrieb temporär ist und
nicht früher
beginnt als zu der Zeit, bei der die zerstörbare Abstützung abrupt von dem Gehäuse außer Eingriff
kommt und nicht später
als zu der Zeit endet, bei der sich die Rotorrotation um den verlagerten
Schwerpunkt stabilisiert. Gleichermaßen signifikant stellt das
Fehlen eines andauernden Kontakts zwischen dem Kolben und dem Abstützring sicher,
dass keine Unwuchtkräfte
von dem oszillierenden Rotor auf den Abstützrahmen übertragen werden.
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Wegen des oszillatorischen Charakters
der Rotorverformung ist die auf den Kolben von dem Abstützring ausgeübte Kraft
eine umfangsmäßig lokalisierte
Kraft, die um den Umfang des Kolbens fortschreitet und keine umfangsmäßig gleichförmige Kraft.
Die umfangsmäßig lokalisierte
Eigenschaft der Antriebskraft bewirkt tendenziell, dass sich der
Kolben um eine Querachse 162 neigt und klemmt, statt glatt
in die Ausnehmung zu gleiten. Wenn der Kolben klemmt, ist die gewünschte Dämpfungswirkung
beeinträchtigt.
Deshalb weist der Kolben Schlitze 138 auf, die dem Kolben
ausreichende Flexibilität
geben, um sich aus seinem unverformten Zustand (3A) in einen lokal verformten Zustand
(3B) elastisch zu verformen.
Folglich wird der Kolben in die Aus nehmung in einer umfangsmäßig fortschreitenden
Weise getrieben, und die Wahrscheinlichkeit eines Klemmens ist minimiert.
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Wenn der unwuchtige Rotor eine Eigenfrequenz
hat, die etwa gleich der Windmühlen-Rotationsfrequenz
des Rotors ist, dann wird der sich windmühlenartig drehende Rotor potenziell
zerstörerische resonante
Oszillationen erfahren. Deshalb kann es wünschenswert sein, die Eigenfrequenz
des Rotors ein wenig zu ändern
und die resonanten Verformungen hoher Amplitude zu unterdrücken. Ein
System zum Bewirken einer derartigen Anpassung ist ein Wieder-Zentriersystem 164,
welches in 4 gezeigt
ist. Das gezeigte System verwendet eine oder mehrere Federn 166,
die um den Umfang der Dämpfungskammer 142 beabstandet
sind. Die Federn üben
eine wiederherstellende Kraft aus, die die abgeschrägte Oberfläche 114 des
Kolbens 134 in Kontakt mit der abgeschrägten Oberfläche 144 des Abstützrings 106 drückt. Die
wiederherstellende Kraft kann auch von irgendeinem anderen geeigneten
Mittel aufgebracht werden, beispielsweise durch Druckbeaufschlagung
des Öls
in der Dämpfungskammer.
Wo auch immer sie herkommt, die wiederherstellende Kraft rezentriert
den Rotor tendenziell und, was wichtiger ist, versteift den Rotor
ein wenig, um seine Eigenfrequenz weg von der Windmühlenfrequenz
zu verschieben. Die wiederherstellende Kraft hält auch den Kolben in Kontakt
mit dem Abstützring 106 während des
normalen ausbalancierten Betriebs, um sicherzustellen, dass der
Dämpfer
in Reaktion auf den Beginn von irgendeiner Rotorunwucht ohne Verzögerung arbeitet.
Obwohl der Abstützrahmen
der wiederherstellenden Kraft entgegenwirkt und sie deshalb Unwuchtkräfte auf
den Rahmen überträgt, sind
die Unwuchtkräfte
während
eines Windmühlenbetriebs nicht
ausreichend, die strukturelle Integrität des Rahmens zu gefährden. Außerdem ist
die Größe der wiederherstellenden
Kraft so gewählt,
dass sie die widerstrebenden Anforderungen des Minimierens der Übertragung
von Unwuchtkräften
auf den Rahmen und dabei Ändern
der Eigenfrequenz des Rotors ausreichend, um resonante Schwingungen
zu verhindern, erfüllt.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist
in 5 gezeigt. Diese
Ausführungsform
weist einen Verformungsbegrenzer in der Form eines Puffers 172 an
dem Boden 154 des Kanals auf. Der Puffer ist aus einem
Gummi oder einem anderen elastischen nachgiebigen Material hergestellt
und gegen Stoßkräfte durch
eine Metall-Stoßabschirmung 174 geschützt. Die
gezeigte Ausführungsform
arbeitet im wesentlichen gleich wie die vorangehend beschriebenen
Ausführungsformen.
Die Flansche 116, 118 brechen in Reaktion auf übermäßige Kräfte weg,
so dass die zerstörbare
Abstützung
glatt in dem Kanal 78 gleitet. Verformungen mit hoher Amplitude
werden durch den Kontakt zwischen dem Abstützring 106 und dem
Puffer begrenzt, wobei die Abschirmung 174 eine Stoßbeschädigung des
Puffers begrenzt. Sobald die Rotoroszillationen in ihrer Amplitude nachgelassen
haben, kommt es zu keiner weiteren Berührung zwischen dem Abstützring und
dem Puffer, so dass Unwuchtkräfte
nicht auf den Rahmen übertragen
werden. Ein temporärer
Puffer und ein optionales Wieder-Zentriersystem
sind in der gezeigten Ausführungsform
nicht enthalten. Folglich ist diese spezielle Konfiguration besonders
auf Rotoren anwendbar, deren ungedämpfte Oszillationen tolerabel sind
und deren Eigenfrequenz im Anschluss an den Verlust eines Bläserlaufschaufelbruchstücks von
der Windmühlen-Rotationsfrequenz
des Rotors unterschiedlich ist.
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6 zeigt
eine vereinfachte alternative Ausführungsform der Erfindung, bei
der die zerstörbare
Abstützung
einen einstückigen
Abstützring 106 aufweist,
der in dem Kanal 78 von einer Lage 176 aus permanent-verformbarem
Material abgestützt
ist. Die verformbare Lage kann eine zerdrückbare Zellenstruktur, beispielsweise
die in 7 gezeigte dünnwandige
Anordnung von Wabenzellen 178 sein. Die verformbare Lage
gibt nach, wenn sie der übermäßigen radialen
Unwuchtkraft ausgesetzt ist, so dass der Abstützring 106 von dem
Gehäuse
außer
Eingriff kommt und frei ist, in dem Kanal zu gleiten, und so ist die Übertragung
von Unwuchtkräften
auf den Rahmen 26 ausgeschlossen. Die gezeigte Ausführungsform
weist jedoch keinen temporären
Dämpfer
oder kein Wieder-Zentriersystem
auf, und deshalb ist ihre Verwendung auf Anwendungen begrenzt, bei
denen das Dämpfen
und die Änderung
der Eigenfrequenz bei Windmühlenzuständen als
nicht erforderlich eingeschätzt
werden.
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Aus der vorangegangenen Beschreibung
erkennt man, dass in ihren verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen
die Erfindung eine Abstützanordnung
für einen
Gasturbinenmaschinenrotor an einem Abstützrahmen schafft, die derart
ausgebildet ist, dass die Übertragung
von Rotorunwuchtkräften auf
den ausgebildeten Rahmen minimiert ist und dabei die Abstützung des
Rotors in Längsrichtung
beibehalten ist, die sämtliche
Beschädigung
an Öldichtungen
während
und im Anschluss an den Beginn der Rotorunwucht minimiert, die die
kräftigen
Rotoroszillationen, die unmittelbar nach dem Beginn der Rotorunwucht
auftreten, abschwächt
und die gegen resonante Oszillationen eines beschädigten Rotors schützt, während der
Rotor mit seiner Windmühlen-Rotationsfrequenz
dreht.
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Ein Hauptvorteil der Erfindung, wie
sie mit zahlreichen Ausführungsformen
beschrieben wurde, sind die Gewichtseinsparungen, die dem Isolieren des
Abstützrahmens
von üblicherweise
schädigenden
Oszillationskräften
zuweisbar sind, die durch den unwuchtigen Rotor ausgeübt werden.
Ein weiterer Vorteil ist das Minimieren von Beschädigung an
Lager-Kompartmentdichtungen, um den Verlust von Schmiermittel und
anschließendes
Festgehen des Rotors, im Anschluss an das Ablösen eines Bläserlaufschaufelbruchstücks. Weitere
Vorteile beinhalten die Fähigkeit,
resonante Oszillationen bei Windmühlen-Rotationsfrequenz zu vermeiden.
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Verschiedene Änderungen und Modifikationen
an der Erfindung können
sich dem Fachmann ergeben. Beispielsweise können die Positionen der zerstörbaren und
der haltbaren Abstützung
umgedreht sein, so dass die zerstörbare Abstützung in einem an der Welle
befestigten Gehäuse
eingesetzt ist und die haltbare Abstützung an dem Abstützrahmen befestigt
ist. Diese und andere Änderungen
und Modifikationen können
vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.