MXPA01009620A

MXPA01009620A - Metodo y aparato para soportar ensambles de rotor durante el desequilibrio.

Info

Publication number: MXPA01009620A
Application number: MXPA01009620A
Authority: MX
Inventors: Lynn Allmon Barry
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2002-04-12
Also published as: SG108273A1; JP4815080B2; US6491497B1; CA2356766A1; CA2356766C; EP1191191A2; BR0104191A; DE60141500D1; BR0104191B1; EP1191191A3; JP2002206401A; EP1191191B1

Abstract

Se describe un ensamble de rotor para un motor de turbina de gas que incluye un ensamble de cojinete que reduce las cargas dinamicas para una estructura de soporte y la flexion estatica para el ensamble de rotor durante los periodos de desequilibrio del rotor; el ensamble de rotor incluye un eje de rotor acoplado a un ventilador y soportado longitudinalmente con una pluralidad de ensambles de cojinete sobre una estructura de soporte; un ensamble de cojinete de numero dos incluye un anillo de rodadura acoplado, un cojinete, y un anillo de rodadura de montaje; el anillo de rodadura de montaje incluye una cara esferica que se asegura al ensamble de cojinete con un sujetador que falla plasticamente con una carga momentanea predeterminada.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA SOPORTAR ENSAMBLES DE ROTOR DURANTE EL DESEQUILIBRIO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta solicitud se refiere por lo general a ensambles de rotor de motor de turbina de gas, y más particularmente a ensambles de cojinete para ensambles de rotor de motor de turbina de gas. Normalmente, los motores de turbina de gas ¡ncluyen un ensamble de rotor, un compresor, y una turbina. El ensamble de rotor incluye un ventilador que incluye un conjunto de paletas de ventilador que se extienden radialmente hacia afuera desde el eje del rotor. El eje del rotor transfiere energía y movimiento giratorio desde la turbina al compresor y al ventilador y está soportado longitudinalmente con una pluralidad de ensambles de cojinete. Adicionalmente, el ensamble de rotor tiene un eje de rotación que pasa a través del centro de gravedad del ensamble del rotor. Los ensambles de cojinete conocidos incluyen elementos para cojinetes de bolas y un anillo de rodadura acoplado, en donde los elementos para cojinetes de bolas están soportados dentro del anillo de rodadura acoplado. Para mantener el margen de velocidad crítica del rotor, el ensamble del rotor está soportado sobre tres ensambles de cojinete, uno del cual es un ensamble de cojinete de empuje y dos que son ensambles de cojinete de rodillo. El ensamble de cojinete de empuje soporta el eje de rotor y reduce al mínimo el movimiento radial y axial del ensamble de eje de rotor. Los ensambles de cojinete de rodillo restantes soportan el movimiento radial del eje de rotor. Durante la operación del motor, un fragmento de una paleta de ventilador puede llegar a separarse del resto de la paleta. Por consiguiente, puede crearse una carga desequilibrada giratoria substancial dentro del ventilador dañado y llevado substancialmente por los cojinetes de eje de ventilador, los soportes de cojinete de ventilador, y las estructuras de soporte del ventilador. Para reducir al mínimo los efectos de las cargas desequilibradas anormales potencialmente dañadas, los motores conocidos incluyen componentes de soporte para el sistema de soporte de rotor de ventilador ajustado para proveer una resistencia adicional para el sistema de soporte de ventilador. Sin embargo, al incrementar la resistencia de los componentes de soporte se incrementa en forma no deseable un peso general del motor y se disminuye la eficacia general del motor cuando el motor se opera sin desequilibrios substanciales del rotor. Otros motores conocidos incluyen un soporte de cojinete que incluye una sección mecánicamente débil, o un fusible primario, que desacopla el rotor del ventilador del sistema de soporte del ventilador. Durante dichos eventos, el eje del ventilador busca un nuevo centro de rotación que se aproxime al de su centro de gravedad desequilibrado. Esta sección de fusible, junto con una tolerancia de espacio de rotor, está referida como un dispositivo de reducción de carga, o LRD. El LRD reduce las cargas dinámicas giratorias al sistema de soporte de ventilador. Después de que el fusible primario falla, la inclinación del rotor de ventilación con frecuencia incluye un momento prolongado para el siguiente cojinete más cercano. El momento inducido para el cojinete de número dos induce una alta flexión y cargas de fuerza al rotor del ventilador localmente. Para liberar las elevadas fuerzas de flexión, la dureza de la rotación de inclinación y radial de la posición número dos de cojinete con frecuencia se suaviza o libera. Sin embargo, con el fin de mantener un apagado seguro y un molinete subsecuente del motor durante el tiempo que se lleva aterrizar un aeroplano, los ensambles de cojinete restantes deben mantener su dureza radial y permanecer funcionales para proveer un margen de velocidad crítico del ventilador por arriba de una velocidad del molinete de inicio de vuelo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En una modalidad a modo de ejemplo, un ensamble del rotor para un motor de turbina de gas incluye un ensamble de rotor y un sistema de soporte que reduce las cargas dinámicas para la estructura general del motor. El ensamble del rotor y el sistema de soporte incluye un eje de rotor acoplado a un ventilador y soportado longitudinalmente con una pluralidad de ensambles de cojinete y soportes. Específicamente, un primer alojamiento de cojinete incluye un fusible primario que falla cuando se expone a una carga predeterminada como resultado de un desequilibrio del ventilador. Un segundo ensamble posterior al cojinete del primer ensamble de cojinete y que va hacia abajo en forma seriada desde el primer ensamble de cojinete reduce además la carga dinámica para la estructura de soporte y de esta forma, facilita la reducción de las fuerzas de flexión del eje estático inducido localmente para el cojinete. El segundo ensamble de cojinete incluye un anillo de rodadura acoplado, un elemento para cojinetes de bolas, y un anillo de rodadura de montaje. El anillo de rodadura acoplado incluye un anillo de rodadura interior y un anillo de rodadura exterior, cada uno ajustado para recibir al elemento para cojinetes de bolas en el mismo. El anillo de rodadura de montaje incluye una cara esférica y se asegura al ensamble de cojinete con sujetadores. Los sujetadores fallan cuando se exponen a una carga momentánea predeterminada, pero soportan cargas de operación normales del motor. Estos sujetadores de aquí en lo sucesivo se refieren como fusibles secundarios. Durante la operación, después de que el fusible primario falla y una carga momentánea por arriba de un nivel predeterminado se transmite a un segundo ensamble de cojinete, el segundo sujetador del ensamble de cojinete falla. Después de que falla el fusible secundario, se libera la dureza momentánea del cojinete número dos, permitiendo una rotación adicional de la inclinación del eje de ventilador sobre la cara esférica. Como resultado, el ensamble de cojinete facilita la reducción de las cargas de flexión estáticas para las cargas dinámicas y el rotor transmitidas a la estructura de marco de soporte. El soporte radial de la posición de cojinete se mantiene para proveer un margen de velocidad crítico sobre las velocidades del molinete del ventilador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración esquemática de un motor de turbina de gas; la figura 2 es una vista en sección transversal de un ensamble de rotor utilizado en el motor de turbina de gas que se muestra en la figura 1 ; la figura 3 es una vista en sección transversal de una modalidad alternativa del ensamble de cojinete de rotor que se muestra en la figura 2; la figura 4 es una vista en sección transversal de otra modalidad alternativa del ensamble de cojinete de rotor que se muestra en la figura 2; y la figura 5 es una vista en sección transversal de una segunda modalidad alternativa del ensamble de cojinete de rotor que se muestra en la figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 es una ilustración esquemática de un motor de turbina de gas 10 incluye un ensamble de ventilador 12, un compresor de presión elevada 14, y un combustor 16. El motor 10 también incluye una turbina de presión elevada 18, una turbina de presión baja 20, y un impulsor 22. El ensamble del ventilador 12 incluye un conjunto de paletas de ventilador 24 que se extiende radialmente hacia afuera de un disco de rotor 26. El motor 10 tiene un lado de entrada 28 y un lado de salida 30. Durante la operación, el aire fluye a través del ensamble de ventilador 12 y se suministra aire comprimido a un compresor de presión elevada 14. El aire muy comprimido se suministra a un combustor 16. El flujo de aire (no se muestra en la figura 1 ) del combustor 16. acciona las turbinas 18 y 20, y la turbina 20 acciona el ensamble del ventilador 12. La figura 2 es una vista en sección transversal de un ensamble de cojinete y rotor 40 que puede utilizarse con un motor de turbina de gas, dicho motor 10 se muestra en la figura 1. En una modalidad, el motor de turbina de gas es un GE90 disponible de General Electric Company, Cincinnati, Ohio. El ensamble de cojinete y rotor 40 incluye un disco de rotor 26 (que se muestra en la figura 1 ) y un eje de rotor 42 que soporta un conjunto de paletas de ventilador 24 (que se muestra en la figura 1 ) que se extienden radialmente hacia afuera del disco del rotor 26. El eje del rotor 42 se asegura de manera girable a una estructura de marco estructural 44 con ensambles de cojinete longitudinalmente espaciados 46 y 48 que soportan el eje de rotor 42 sobre la estructura de soporte 44. En una modalidad, el ensamble de cojinete 48 se localiza en una posición número dos del cojinete, posterior al cojinete de número uno 46, y es un cojinete de empuje de ventilador. En una modalidad de ejemplo, cada ensamble de cojinete 48 incluye un anillo de rodadura acoplado 50 y un elemento para cojinete de bolas 52. El anillo de rodadura acoplado 50 incluye un anillo de rodadura externo 54 y un anillo de rodadura interno 56 radialmente hacia adentro del anillo de rodadura externo 54. El elemento para cojinetes de bolas 52 se coloca entre un anillo de rodadura interno 56 y un anillo de rodadura externo 54. El ensamble de cojinete 48 se encierra dentro de un compartimento anular sellado 58 radialmente unido por el eje de rotor 42 y una estructura de soporte 44. El elemento para cojinete de bolas 52 puede ser una pluralidad de elementos que incluyen, pero no se limitan a, un cojinete de bolas o un cojinete de rodillos. La estructura de soporte 44 incluye un hueco 70 definido dentro de un soporte de cojinete 72 y se ajusta para recibir el anillo de rodadura externo 54. El anillo de rodadura externo 54 se asegura dentro del soporte de cojinete 72 con una tuerca espadadora 73 de manera que la superficie externa 74 del anillo de rodadura externo 54 sea adyacente a una superficie interna 76 del soporte de cojinete 72. En una modalidad alternativa, el anillo de rodadura 54 se asegura dentro del hueco 70 de la estructura de soporte con una tuerca espaciadora 73. Un sujetador 78 asegura el soporte de cojinete 72 y el anillo de rodadura externa 54 dentro del hueco 70. En una modalidad, el soporte de cojinete 72 es radialmente flexible. Una cara 79 del anillo de rodadura externo 54 se delinea el contorno y se ajusta para recibir al elemento para cojinetes de bolas 52 en un contacto girable. El anillo de rodadura interno 56 incluye una cara 80 y una superficie interna 82. La cara del anillo de rodadura interno 80 se delinea su contorno y se ajusta para recibir al elemento para cojinetes de bolas 52 en el contacto girable. El anillo de rodadura interno 56 se asegura dentro de un hueco 84 dentro de un eje cónico 86 de manera que la superficie interna del anillo de rodadura interno 82 sea adyacente a la superficie externa 88 del hueco 84. En una modalidad, el anillo de rodadura interno 56 es un acoplamiento de anillo de rodadura dividido y un elemento para cojinete de bolas 52 es un cojinete de bolas. En otra modalidad, el anillo de rodadura externo 54 es un acoplamiento de anillo de rodadura dividido y un elemento para cojinete de bolas 52 es un cojinete de bolas. El eje cónico 86 se extiende radialmente hacia afuera desde el eje del rotor de ventilador 42 e incluye una porción extema 90, una porción interna 92, y un cuerpo 94 que se extiende en el mismo. El hueco 84 se extiende dentro de la porción externa de eje cónico 90 y se ajusta para recibir al anillo de rodadura interno 56. Una tuerca espaciadora de cojinete 96 se asegura en el anillo de rodadura interno 56 dentro del hueco del eje cónico 84. El cuerpo 94 provee un soporte radial y de empuje axial para el ensamble de cojinete 48. La porción interna de eje cónico 92 incluye una superficie interna 98. La superficie interna 98 se contornea para que entre en contacto desplazable contra una cara 100 de un anillo de rodadura de montaje 102. El anillo de rodadura de montaje 102 reduce las cargas estáticas para el ensamble de rotor 40 y las cargas dinámicas para la estructura de soporte 44. El anillo de rodadura de montaje 102 se asegura a un eje de rotor de ventilador 42 con un par de sujetadores 104 y 105. En una modalidad, los ajustadores 104 y 105 son bridas de fijación y pueden proveer una carga previa axial para la producción interna del eje 92. Por consiguiente, el anillo de rodadura de montaje 102 gira simultáneamente con el eje de rotor 42. El eje de rotor de ventilador 42 incluye un hueco 110 ajustado para recibir al anillo de rodadura de montaje 102 y a los sujetadores 104 y 105 de tal forma que exista un espacio (no se muestra) entre una cara interna 114 del sujetador 104 y una cara interna 116 del sujetador 105. La cara del anillo de rodadura de montaje 100 es una superficie esférica. En una modalidad, la cara de anillo de rodadura de montaje 100 es radialmente delgada y tiene forma de ovalo elásticamente para ensamblarse con el anillo de rodadura de montaje 102. El anillo de rodadura de montaje 102 incluye un ancho 120 que es sustancialmente igual al ancho 102 de la porción interna del eje cónico 92 de tal forma que cuando se ensambla, un lado que va hacia arriba 124 de la porción interna del eje cónico 92 es sustancialmente coplana con la cara interna del sujetador 114, y un lado que va hacia abajo 126 de la porción interna del eje cónico 92 es sustancialmente coplana con la cara interna del sujetador 116. Una carga previa axial sale para limitar la rotación de la porción interna del eje cónico 92 con respecto al anillo de rodadura de montaje 102, cuando la porción interna del eje cónico 92 no se monta sustancialmente en el mismo plano que el anillo de rodadura de montaje 102. Durante el ensamble del ensamble de rotor 40, el ensamble de cojinete 48 y el anillo de rodadura de montaje 102 puede ensamblarse previamente sobre el eje de rotor de ventilador 42. El ensamble previo del ensamble de cojinete 48 y el anillo de rodadura de montaje 102 para el eje de rotor 42 reduce al mínimo el daño en el ensamble y la contaminación del cojinete durante el ensamble principal del motor. Además, conforme el anillo de rodadura de montaje 102 se asegura al eje de rotor de ventilador 42 con sujetadores 104 y 105, se eliminan el espacio entre los sujetadores 104 y 105 respectivos y el anillo de rodadura de montaje 102. El espacio se ajusta para permitir que los sujetadores 104 y 105 proporcionen una cantidad controlada de carga previa axial al anillo de rodadura de montaje 102. Además, los sujetadores 104 y 105 mantienen el anillo de rodadura de montaje 102 sustancialmente cuadrado con relación al eje 42 durante el ensamble y la operación normal. Durante la operación del motor 10, un desequilibrio del motor 10 puede provocar elevadas fuerzas radiales que se aplican al ensamble de ventilador 12 (que se muestra en la figura 1 ) y al cojinete de motor que va más adelante. Las fuerzas radiales elevadas pueden provocar que una porción de fusible primaria 128 falle en una posición número uno del cojinete del motor. La falla de fusible primario permite que el ensamble de ventilador 12 gire aproximadamente a un nuevo eje de rotación, de esta forma se cambia el centro de gravedad del eje de rotor 42 y se induce las cargas de flexión sobre el eje de rotor 42 que inducen una carga momentánea sobre el ensamble de cojinete 48 en la posición número dos del cojinete de motor. Los sujetadores 104 y 105 se fabrican con un material que falla en una carga momentánea predeterminada aplicada al eje de rotor 42. Después de que fallan los sujetadores 104 y 105, la cara esférica del anillo de rodadura de montaje 100 permite que el eje 42 se coloque de tal forma que el centro de rotación del eje (no se muestra) se aproxime al nuevo centro de gravedad del rotor. La rotación de inclinación ocurre una vez debido a que una carga radial desequilibrada no tiene una rotación con relación al eje 42. El eje de rotor 42 permanece en una posición doblada singular debido a que la carga radial desequilibrada se encuentra en una ubicación singular. Como resultado, la cara esférica de anillo de rodadura 100 no oscila y las caras de ensamble de cojinete 79 y 80 permanecen niveladas contra el elemento para cojinete de bolas de ensamble de cojinete 52 mientras gira el eje de rotor 42. Por consiguiente, las cargas de flexión estáticas transmitidas al ensamble de rotor 40 se reducen a que no se induce una carga momentánea a través del cojinete 52 después de que fallan los sujetadores 104 y 105. Además, debido a que la carga momentánea no se transporta a través de las superficies 98 y 100, el ensamble de cojinete 48 retiene la capacidad de carga axial y radial. Debido a que se libera un retardo momentáneo, se permite que el ensamble de rotor 40 se aproxime al centro de gravedad del rotor y se reducen las cargas dinámicas inducidas para ia estructura de soporte 44. Además, debido a que la cara de montaje esférica 100 y los elementos para cojinete de bolas 52 mantienen el eje del rotor posicionado axialmente con respecto a la estructura de soporte 44, el choque de la turbina entre el ensamble de rotor 40 y el ensamble del estator (no se muestra) se elimina sustancialmente. La figura 3 es una vista en sección transversal de un ensamble de rotor 200 que puede utilizarse con un motor de turbina de gas, dicho motor 10 se muestra en la figura 1. El ensamble de rotor 200 es sustancialmente similar al ensamble de rotor 40 que se muestra en la figura 2 y los componentes en el ensamble de rotor 200 que son idénticos a los componentes del ensamble de rotor 40 se identifican en la figura 3 utilizando números de referencia similares utilizados en la figura 2. Los ensambles de rotor 200 incluyen un eje de rotor 42 que se asegura giratoriamente a la estructura de soporte 44 con los ensambles de cojinete longitudinalmente espaciados 46 y 48 (cada uno se muestra en la figura 2) que soportan el eje de rotor 42 sobre la estructura de soporte 44. En una modalidad, el ensamble de cojinete 46 o ensamble de cojinete 48 (que se muestra en la figura 2) es una posición número uno del cojinete y un ensamble de cojinete 202 es una posición número dos de cojinete, posterior a la posición número uno del cojinete. El ensamble de cojinete 202 incluye un anillo de rodadura acoplado 204 y un elemento para cojinete de bolas 206. El anillo de rodadura acoplado 204 incluye un anillo de rodadura externo 208 y un anillo de rodadura interno 210 que se extiende radialmente hacia adentro desde el anillo de rodadura externo 208. El elemento para cojinete de bolas 206 se coloca entre el anillo de rodadura interno 210 y el anillo de rodadura externo 208. En una modalidad, el cojinete 206 es un cojinete de rodillo. La estructura de soporte 44 se conecta a una porción de fusible primaria 128 (que se muestra en la figura 2) y un alojamiento de cojinete 222 con una pluralidad de sujetadores 224. El alojamiento de cojinete 222 se extiende radialmente hacia adentro desde la estructura de soporte 44 hacia el eje de rotor de ventilador 42 e incluye una porción interna 230. Una porción interna 230 incluye un hueco 232 para recibir el anillo de rodadura externo de ensamble de cojinete 208. El anillo de rodadura externo 208 se asegura dentro del hueco del alojamiento de cojinete 232 con un platillo fijador 72 de tal forma que la superficie externa 234 del anillo de rodadura externa 208 sea adyacente a la superficie interna 236 del hueco 232. En una modalidad alternativa, el anillo de rodadura externo 208 se asegura dentro del hueco de alojamiento de cojinete 232 con una tuerca espaciadora, similar a la tuerca espaciadora 73 (que se muestra en la figura 2). Una cara interna 238 del anillo de rodadura externo 208 recibe el elemento para cojinete de bolas 206 en contacto de manera girable. El anillo de rodadura interno 203 incluye una cara 240 y una superficie interna 242. La cara de anillo de rodadura interna 240 incluye un hueco 244 adaptado para recibir al elemento para cojinete de rodadura 206 en contacto de manera girable. El anillo de rodadura de montaje 250 reduce las cargas de flexión estáticas para el ensamble de rotor 200 después de que fallan los fusibles primarios, permitiendo así que gire la superficie interna de anillo de rodadura interno 242. El eje de rotor de ventilador 42 incluye un hueco 252 adaptado para recibir el anillo de rodadura de montaje 250. El anillo de rodadura de montaje 250 se asegura dentro del hueco 252 con sujetadores 254 y 255 que se aseguran en el lugar con una tuerca espaciadora 256 unida al eje de rotor 42. Asimismo, el anillo de rodadura de montaje 250 gira simultáneamente con el eje de rotor 42. Los sujetadores 254 y 255 aseguran el anillo de rodadura de montaje 250 dentro del hueco 252 de tal forma que exista el espacio (no se muestra) entre una cara interna 258 del sujetador 254 y una cara interna 260 del sujetador 255. El espacio permite a los sujetadores 254 y 255 actuar como bridas de fijación. Cuando la tuerca espaciadora 256 se fija y tiene un momento de torsión, una porción del sujetador 254 y 255 une el anillo de rodadura interno 210 y las porciones sujetadoras restantes unen el anillo de rodadura de montaje 250 para proveer una antirotación durante la operación normal. Además, los sujetadores 254 y 255 mantienen el anillo de rodadura interno 210 sustancialmente cuadrado con relación al eje 42 durante el ensamble y la operación normal. Una superficie 264 del anillo de rodadura de montaje 250 es adyacente a la superficie interna de anillo de rodadura interno del ensamble de cojinete 242 y es una superficie esférica. En una modalidad, la superficie del anillo de rodadura de montaje 264 es radialmente delgada y tiene forma de ovalo elásticamente para ensamblarse al anillo de rodadura interno 210. La superficie interna de anillo de rodadura interno 242 se contornea para entrar en contacto desplazable contra la superficie de anillo de rodadura de montaje 264. La superficie 264 se extiende sobre un ancho 266 del anillo de rodadura de montaje 250 entre los lados que va hacia arriba y hacia abajo 258 y 260, respectivamente, del anillo de rodadura de montaje 250. Durante la operación del motor 10, un desequilibrio del motor 10 puede provocar elevadas las fuerzas radiales que se aplican a un ensamble de ventilador 12 (se muestra en la figura 1 ) y un cojinete de motor que esta más adelante. Las elevadas fuerzas radiales pueden provocar que la porción de fusible primario 128 (se muestra en la figura 2) falle en la posición número 1 del cojinete del motor. El mal funcionamiento de la porción de fusible primario 128 induce a una carga momentánea sobre el ensamble de cojinete 202 en la posición número dos del cojinete del motor. Los sujetadores 254 y 255 se fabrican de un material que falla plásticamente en una carga momentánea predeterminada aplicada al ensamble de cojinete 202. Después de que los sujetadores 254 y 255 fallan, la cara esférica del anillo de rodadura de montaje 264 gira y permite se coloque el eje 42. El eje 42 se coloca de tal forma que el centro de rotación se aproxima al centro de gravedad del eje 42. Esta rotación de inclinación ocurre una vez debido a que una carga radial desequilibrada no tiene una rotación con relación al eje 42. Como resultado, la cara esférica de anillo de rodadura de montaje 242 no oscila y las caras del ensamble de cojinete 238 240 permanecen niveladas contra el elemento del cojinete del ensamble de cojinete 206 mientras gira el eje del rotor 42. Por consiguiente, las cargas de flexión estáticas transmitidas al ensamble de rotor 200 se reducen debido a que no se transmite una carga momentánea a través del cojinete 206 después de que el sujetador 254 falla y se coloca el eje 42. Las cargas dinámicas para estructura de soporte 44 también se reducen debido a que el centro de rotación del eje se aproxima al centro de gravedad del eje. El fusible primario está contenido en el cojinete de empuje o el cojinete se mantiene en su posición axial del rotor. Cuando el fusible primario, el eje del rotor 42 entonces se libera para trasladarse axialmente puesto que el cojinete de número dos es un cojinete de rodillo, y los cojinetes de rodillo no transmiten cargas axiales. Como resultado, las excursiones axiales provocaran que el motor 20 libere la energía rotacional a través de fricción. La figura 4 es una vista en sección transversal de un ensamble de rotor 300 que puede utilizarse con un motor de turbina de gas, dicho motor 10 se muestra en la figura 1. Más específicamente, la figura 4 se muestra con un ensamble de rotor 300 en una posición en la que no funciona. El ensamble de rotor 300 es sustancialmente similar al ensamble del rotor 40 que se muestra en la figura 2 y los componentes en el ensamble del rotor 300 que son idénticos de los componentes del ensamble del rotor 40 se identifican en la figura 4 utilizando números de referencia similares utilizados en la figura 2. En ensamble del rotor 300 incluye un eje de rotor 42 asegurado giratoriamente para la estructura de soporte 44 con ensambles de cojinete longitudinalmente espaciados 46 y 48 (cada uno se muestra en la figura 2) que el eje de rotor de soporte 42 sobre la estructura de soporte 44. De manera específica, un ensamble de cojinete 302 soporta el eje 42 en el ensamble de rotor 300. En una modalidad, el ensamble de cojinete 46 es un cojinete de rodillo y se encuentra en la posición número 1 del cojinete y el ensamble de cojinete 302 es un cojinete de empuje de ventilador y se encuentra en la posición número 2 del cojinete, después en la posición número uno el cojinete. El ensamble de cojinete 302 incluye un anillo de rodadura acoplado 304 y un elemento para cojinete de bola 306. El anillo de rodadura acoplado 304 incluye un anillo de rodadura externo 308 y un anillo de rodadura interno 310 que se extienden radialmente hacia dentro desde el anillo de rodadura externo 308. En una modalidad, el anillo de rodadura externo 308 es un acoplamiento de anillo de rodadura dividido. El elemento para cojinete de bola 306 se coloca entre el anillo de rodadura interno 310 y el anillo de rodadura externo 308. En una modalidad el elemento para el cojinete de bola 306 es un cojinete de bola. La estructura de soporte 44 incluye un hueco 332 ajustado para recibir el anillo de rodadura externo el ensamble de cojinete 308. El anillo de rodadura externo 308 se asegura dentro del hueco del alojamiento de ensamble 332 con una tuerca espaciadora 333 de tal forma que la superficie interior 334 del hueco 332 sea adyacente a una superficie externa 336 del anillo de rodadura externo 308. En una modalidad alternativa, el anillo de rodadura externo 308 se asegura dentro del hueco del alojamiento de cojinete 332 con un platillo fijador. Una cara 338 del anillo de rodadura externo 308 se contornea y recibe al elemento para cojinetes de bola 306 en contacto girable. El anillo de rodadura interno 310 incluye una cara 340 y una superficie interna 342. La cara del anillo de rodadura interno 340 se contornea para recibir al elemento para cojinete de bola 306 en contacto girable. El anillo de rodadura interno 310 se mantiene en contacto desplazable con un anillo de rodadura de montaje 350. El anillo de rodadura de montaje 350 reduce las cargas de flexión estática para el ensamble del rotor 300 y las cargas dinámicas para la estructura de soporte 44. Un eje de rotor de ventilador 42 incluye un hueco 352 ajustado para recibir al anillo de rodadura de montaje 350 y a los sujetadores 354 y 355. El anillo de rodadura de montaje 350 se asegura dentro del hueco 352 con los sujetadores 354 y 355 los sujetadores 354 y 355 se mantienen en contacto con el anillo de rodadura de montaje 350 con una tuerca espaciadora 356 unida al eje de rotor 42. Asimismo, el anillo de rodadura de montaje 350 gira simultáneamente con el eje de rotor 42. Los sujetadores 352 y 355 aseguran el anillo de rodadura de montaje 350 dentro del hueco 352 de tal forma que específica un espacio (no se muestra) entre una cara externa 358 del sujetador 354 y una cara interna 360 del sujetador 355. Una cara 364 del anillo de rodadura de montaje 350 es adyacente a la superficie interna del anillo de rodadura interno del ensamble de cojinete 342 y es una superficie esférica. En una modalidad, la cara del anillo de rodadura de montaje 364 es radialmente delgada y tiene forma elásticamente ovalada para ensamblar el anillo de rodadura interno 310. La cara 364 se extiende sobre un ancho 366 del anillo de rodadura de montaje 350 entre los lados que van hacía arriba y hacia abajo 358 y 360, respectivamente en los sujetadores 354 y 355. Durante el ensamble del ensamble del rotor 300 conforme los sujetadores 354 y 355 se aprietan para asegurar el anillo de rodadura interno 310 se elimina el espacio entre los sujetadores 354 y 355 respectivos, y el anillo de rodadura de montaje 350. El espacio se adapta para permitir que los sujetadores 354 y 355 proporcionen una cantidad controlada de carga previa axial para el anillo de rodadura de montaje 350. Además, los sujetadores 354 y 355 mantienen el anillo de rodadura interno 310 sustancialmente cuadrado con relación al eje 42 durante el ensamble y la operación normal. Durante la operación del motor 10, si un centro de gravedad del eje de rotor 42 cambia el movimiento de inclinación del eje de rotor 42 provoca que la porción de fusible primaria falle en el soporte número uno el cojinete de motor. El mal funcionamiento de la porción de fusible primario induce una capa momentánea sobre el ensamble de cojinete 302 en la posición número dos del cojinete de motor. Los sujetadores 354 y 355 están fabricados de más de un material que falla en una carga momentánea predeterminada aplicada al eje del rotor 42. Después de que los sujetadores 354 y 355 fallan, la cara esférica del anillo de rodadura de montaje 364 permite que el eje 42 se coloque de tal forma que el centro de rotación del eje se aproxime hacia el nuevo centro de gravedad del eje de rotor. La rotación de inclinación ocurre una vez a que la carga radial desequilibrada no tiene una rotación referente al eje 42. Como resultado, la cara esférica de anillo de rodadura de montaje 364 no oscila y las caras del ensamble de cojinete 338 y 334 permanecen niveladas contra el elemento para cojinete de bola de ensamble de cojinete 306 mientras gira el eje del rotor 42. Por consiguiente, las cargas dinámicas transmitidas al ensamble de rotor 300 se reduce debido a que no se induce a una carga momentánea a través del elemento para cojinete de bolas 306 después de que falla el sujetador 354. La figura 5 es una vista en sección transversal de un ensamble de cojinete 402 que puede utilizarse sin el ensamble de rotor 40 (se muestra en la figura 2) y un motor de turbina de gas, como el motor 100 se muestra en la figura 1. El ensamble de cojinete 402 soporta el eje 42 en el ensamble de rotor 40. En una modalidad, el ensamble de cojinete 46 se encuentra en la posición número uno de cojinete y el ensamble de cojinete 402 es un cojinete de empuje de ventilador y se encuentra en la posición número dos de cojinete, después de la posición número uno de cojinete. El ensamble de cojinete 402 incluye un anillo de rodadura acoplado 304 y un elemento para cojinete de bolas 406. El anillo de rodadura acoplado 404 incluye un anillo de rodadura externo 408 y un anillo de rodadura interno 410 que se extiende radialmente hacia adentro desde el anillo de rodadura externo 408. El elemento para cojinetes de bolas 406 se coloca entre el anillo de rodadura interno 410 y el anillo de rodadura externo 408. En una modalidad, el elemento para cojinete de bola 406 es un cojinete de bolas. En una modalidad alternativa, el elemento para cojinetes de bolas 406 es un cojinete de rodillo y el anillo de rodadura interno 410 incluye una superficie hueca (no se muestra). Estructura de soporte 44 se conecta a un alojamiento 419 que incluye una porción de fusión primario 420 adyacente a la ubicación número uno del cojinete. La porción de fusible primario 420 se fabrica para fallar si el centro de gravedad del eje de rotor 42 se coloca desde el eje central 60 y el movimiento de inclinación resultante del eje de rotor 42 produce una carga predeterminada sobre el alojamiento 419. Estructura de soporte 44 incluye un hueco 432 acoplado para recibir al anillo de rodadura externo de ensamble de cojinete 408 y al anillo de rodadura 434. El anillo de rodadura de montaje 434 reduce las cargas dinámicas para la estructura de soporte 44 y las cargas de flexión estáticas para el eje de rotor 42. El anillo de rodadura externo 408 se asegura dentro del hueco del alojamiento de cojinete 432 con un platillo fijador 72 de tal forma que una superficie externa 438 del anillo de rodadura externo 408 sea adyacente a una cara 440 del anillo de rodadura de montaje 434. En una modalidad, el platillo fijador 72 es flexible. En otra modalidad, el platillo fijador 72 incluye lengüetas frágiles. La superficie externa 738 de rodadura externo 408 se contornea para conformar el contorno de la cara de anillo de rodadura de montaje 440.

La cara del anillo de rodadura de montaje 440 se contornea para recibir al elemento para cojinete de bolas 406 en contacto desplazable y es una superficie esférica. En una modalidad, la cara del anillo de rodadura de montaje 404 es radialmente delgada y tiene forma elásticamente ovalada para ensamblarse con el anillo de rodadura externo 408. La cara 404 se extiende sobre un ancho 442 del anillo de rodadura de montaje 434 entre los lados que va hacia arriba y hacia abajo 444 y 446, respectivamente del anillo de rodadura de montaje 434. El anillo de rodadura de montaje 434 se asegura dentro del hueco 432 con un platillo fijador 72. Asimismo, el anillo de rueda de montaje 434 es estacionario junto con el anillo de rodadura externo 408 y la estructura de soporte 44. Un sujetador 450 se extiende a través de un platillo fijador 72 y asegura el anillo de rodadura externo 408 y el anillo de rodadura de montaje 434 dentro del hueco 432. El platillo fijador 72 incluye una lengüeta sujetadora 452 fabricada para fallar si el centro de gravedad del eje de rotor 42 se coloca desde el eje central 60 y el movimiento de inclinación resultante del eje de rotor 42 excede una carga momentánea predeterminada. En una modalidad, el platillo fijador 72 incluye una saliente secundaria (no se muestra) que se extiende hacia delante desde el platillo fijador 72 y permite que el anillo de rodador externo 408 gire de manera más libre con relación a la estructura de soporte 44, puesto que todavía provee un paro excedente. Una segunda lengüeta sujetadora 452 es sustancialmente similar a la lengüeta sujetadora 452 y se extiende desde la estructura de soporte 44 adyacente a un lado que va hacia abajo 456 del grupo 432. En una modalidad alternativa, la lengüeta sujetadora 452 se encuentra dentro del hueco de estructura de soporte 432 entre el lado que va hacia abajo hueco 456 y el lado que va hacia abajo del anillo de rodadura externo 446. El anillo de rodadura interno 410 incluye una cara 460 una superficie interna 462. La cara de anillo de rodadura interna 460 se contornea para recibir al elemento para cojinete de bolas 406 en contacto girable y el anillo de rodadura interno 410 se mantiene en contacto girable contra el elemento para cojinete de bolas 406 con el rotor del eje de ventilador 42. El eje de rotor de ventilador 42 incluye un hueco 470 adaptado para recibir el anillo de rodadura interno 410. El anillo de rodadura interno 410 se asegura dentro del hueco 470 con una tuerca espaciadora 472. En una modalidad, el anillo de rodadura interno 410 es un acoplamiento de anillo de rodadura dividido. Durante la operación del motor 10, sí el centro de gravedad del eje de rotor 42 se coloca desde el eje central 60, el movimiento de inclinación del eje de rotor 42 provoca que la porción de fusible primario 410 falle en la posición número 1 del cojinete de motor. El mal funcionamiento de la porción de fusible primario 410 induce una carga momentánea sobre el ensamble de cojinete 402 en la posición número dos del cojinete de motor. Las lengüetas del sujetador 452 y 454 están fabricadas de un material que falla plásticamente en una carga momentánea predeterminada aplicada a un ensamble de cojinete 402. Después de que los sujetadores 452 y 454 falla, la cara esférica de anillo de rodadura de montaje 440 oscila conforme el eje 42 se coloca y la carga radial gira con respecto a la superficie esférica 440. El incremento en la inclinación de eje facilita la reducción de las fuerzas de flexión del eje y las fuerzas dinámicas transmitidas a la estructura de soporte 44. La frecuencia de oscilación en la intercara esférica y el ciclo desequilibrado radial en la velocidad del rotor provoca la generación de calor que incrementa la presión de la intercara a través de la cara esférica del anillo de rodadura de montaje 440. Cuando la presión de la intercara alcanza un valor predeterminado y es mayor a una carga momentánea aplicada, las caras esféricas 438 y 440 se bloquean juntas. El bloqueo ocurrirá después de que el eje de rotor 42 haya desacelerado a una velocidad inferior. Después de que las caras 438 y 440 se han interbloqueado, el único momento se restringe dentro de las caras esféricas de cojinete 438 y 440 es como resultado de la fricción que es una función del coeficiente de fricción, la presión ajustada de interferencia, y la cara radial. La carga momentánea para superar esta fricción se reduce cuando las caras 440 se han interbloqueado, de tal forma que el elemento para cojinete de bolas 406 y el eje 42 no estén sobre forzados. Pro consiguiente, las cargas dinámicas trasmitidas para la estructura de soporte 44 se reducen debido a que el centro de rotación del eje se acerca al nuevo centro de gravedad del eje de rotor. Además, si el cojinete número 2 es un cojinete de bolas, entonces el rotor se mantiene axialmente después de que fallan tanto el 5 fusible primario como el secundario. Si el cojinete número 2 es un cojinete de rodillo, entonces el rotor no se sostiene axialmente después de que el fusible falló y la turbina liberará energía a través de fricción. El ensamble de rotor antes descrito es efectivo en cuanto a costo y muy confiable. El ensamble de rotor incluye un ensamble de cojinete que incluye una anillo de rodadura acoplado y un anillo de rodadura de montaje. El anillo de rodadura de montaje se encuentra dentro del ensamble de rotor con un sujetador que falla plásticamente cuando una carga momentánea predeterminada se aplica a un ensamble de cojinete. Durante la operación, cuando falla el sujetador, las cargas de flexión estática transmitidas al ensamble de rotor se reducen debido a que no se transmite una carga momentánea a través del ensamble de cojinete después de que falla el sujetador. Como resultado, el ensamble del rotor no transmite potencialmente cargas dinámicas dañadas al marco estructural que soporta el eje de rotor debido a que el centro de rotación se aproxima al centro de gravedad del eje de rotor. Además, debido a que se mantiene el cojinete que soporta al ensamble de rotor desequilibrado, el ensamble de rotor mantiene la frecuencia rotacional por arriba de la frecuencia del molinete del ventilador. Puesto que la invención se ha descrito en términos de varias modalidades específicas, los expertos en la técnica reconocerán que la invención puede practicarse con la modificación dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para reducir la carga dinámica de un motor de turbina de gas (10), el motor incluye un ensamble de eje de rotor (40) que incluye un eje de rotor (42), un ensamble de cojinete (46), un anillo de rodadura de montaje (102), y una estructura de soporte (44), el ensamble de cojinete incluye un anillo de rodadura interno (56), un anillo de rodadura externo (54), y un elemento para cojinetes de bolas (52), el anillo de rodadura de montaje incluye una superficie esférica, dicho método comprende los pasos de: soportar el eje de rotor sobre la estructura de soporte de motor de turbina de gas con el ensamble de cojinete; acoplar el anillo de rodadura de montaje al ensamble de cojinete; y operar el motor de turbina de gas.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho paso de acoplar el anillo de rodadura de montaje (102) al ensamble de cojinete (46) comprende además los pasos de: montar el anillo de rodadura de montaje al eje de rotor (42) de tal forma que el anillo de rodadura de montaje se encuentre entre el ensamble de cojinete (46) y el eje de rotor; y asegurar la posición del anillo de rodadura de montaje el eje de rotor con un sujetador (104) que falle en una carga momentánea predeterminada.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso de acoplar el anillo de rodadura de montaje (102) al ensamble de cojinete (46) comprende además los pasos de: montar el anillo de rodadura de montaje a la estructura de soporte (44) de tal forma que el ensamble de cojinete se encuentre entre el anillo de rodadura de montaje y el eje de rotor (42); y asegurar la posición del anillo de rodadura de montaje el eje de rotor con un sujetador (104) que falle en una carga momentánea predeterminada.

4.- Un ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho paso de soportar el eje de rotor (42) comprende además el paso de soportar el eje de rotor sobre la estructura de soporte de motor de turbina de gas (44) con un ensamble de cojinete de empuje que incluye un acoplamiento de anillo de rodadura dividido localizado radialmente hacia afuera desde en anillo de rodadura interno (56).

5.- El ensamble de cojinete (46) para un rotor de motor de turbina de gas (26), dicho ensamble de cojinete comprende: un anillo de rodadura acoplado (50) que comprende un anillo de rodadura externo (54) y un anillo de rodadura interno (56); un cojinete (48) entre dichos anillos de rodadura interno y externo, dicho cojinete configurado para soportar el rotor (26) sobre una estructura de soporte (44); y un anillo de rodadura de montaje (102) que comprende una superficie esférica, dicho anillo de rodadura configurado para reducir las cargas dinámicas para la estructura de motor de turbina de gas y la flexión estática para el rotor.

6.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado además porque un sujetador (104) se configura para mantener al anillo de rodadura de montaje (102) dentro del ensamble de cojinete.

7.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el sujetador (104) está configurado para mantener la posición de dicho anillo de rodadura de montaje (102) hacia el rotor (26) durante la operación normal.

8.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el sujetador (104) está configurado para proveer una carga previa axial de una cantidad predeterminada para dicho anillo de rodadura de montaje (102).

9.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el anillo de rodadura de montaje (102) se encuentra entre el anillo de rodadura interno (56) y el rotor de motor de turbina de gas (26).

10.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque al menos un anillo de rodadura interno (56) de dicho anillo de rodadura externo (54) se encuentra entre el anillo de rodadura de montaje (102) y la estructura de soporte (44).

11.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el sujetador (104) está configurado para fallar con una carga momentánea predeterminada.

12.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el anillo de rodadura interno (56) comprende un acoplamiento de anillo de rodadura dividido.

13.- El ensamble de cojinete (46) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el anillo de rodadura externo (54) comprende un acoplamiento de anillo de rodadura dividido.

14.- Un ensamble de rotor (40) comprende: un eje de rotor (42); una estructura de soporte (44); y un ensamble de cojinete (46) que soporta a dicho eje de rotor para la estructura de soporte y se configura para reducir las cargas dinámicas a la estructura de soporte, dicho ensamble de cojinete comprende un anillo de rodadura acoplado (50), un cojinete (48), y un anillo de rodadura de montaje (102), dicho anillo de rodadura acoplado comprende un anillo de rodadura externo (54) y un anillo de rodadura interno (56), dicho cojinete se encuentra entre los anillos de rodadura externo e interno, y dicho anillo de rodadura de montaje comprende una superficie esférica.

15.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque dicho ensamble de cojinete (46) comprende además un sujetador (104) que se configura para mantener a dicho anillo de rodadura de montaje (102) dentro del ensamble de cojinete.

16.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el sujetador del ensamble de cojinete (104) está configurado para fallar con una carga momentánea predeterminada.

17.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque dicho anillo de rodadura de montaje de ensamble de cojinete (102) se encuentra entre el anillo de rodadura interno de ensamble de cojinete (56) y el eje de rotor (42).

18.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque al menos un anillo de rodadura interno de ensamble de cojinete (56) y el anillo de rodadura externo de ensamble de cojinete (54) se encuentra entre el anillo de rodadura de montaje de ensamble de cojinete (102) y el eje de rotor (42).

19.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el ensamble de cojinete (46) y el anillo de rodadura de montaje de ensamble de rotor (102) se encuentra entre en anillo de rodadura externo del ensamble de cojinete (54) y la estructura de soporte (44).

20.- El ensamble de rotor (40) de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el ensamble de cojinete (46) se configura para mantener la frecuencia del ensamble de rotor por arriba de la frecuencia del molinete.