DE1162635B - Gasturbinentriebwerk mit in drei Lagern gelagertem Laeufer - Google Patents

Description

• Gasturbinentriebwerk mit in drei Lagern gelagertem Läufer Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk mit in drei Lagern gelagertem Läufer, bei dem die Turbinenwelle in der hohlen Verdichterwelle angeordnet und zentriert und lösbar mit ihr verbunden ist.
• Bei Gasturbinentriebwerken ist es bekannt, die Welle des Gaserzeugers zu teilen. Dabei ist der dem Verdichterläufer zugeordnete Wellenteil mit dem dem Turbinenläufer zugeordneten Wellenteil über eine Steckkupplung in Drehrichtung fest gekuppelt. In axialer Richtung zusammengespannt werden die beiden Wellenteile durch einen besonderen Zuganker, der innerhalb des Turbinenwellenteiles verläuft und mit seinem äußeren Ende im inneren Ende des Verdichterwellenteiles, also turbinenseitig, von innen her eingeschraubt ist. Das axiale Zusammenspannen der beiden Wellen erfolgt schließlich durch eine Verschraubung des inneren Endes des Zugankers mit dem inneren Ende des Turbinenwellenteiles von der Turbinenseite des Triebwerkes her, noch bevor die Turbinenlaufräder am Flansch des Turbinenwellenteiles mittels Schraubenbolzen befestigt werden.
• Die bekannte Konstruktion hat den Nachteil, daß nach dem Auswuchten des gesamten Gaserzeugerrotors die Turbinenlaufräder, die am Flansch des Turbinenwellenteiles angeschraubt sind, wieder abgenommen werden müssen, damit die innere Verschraubung des Zugankers mit dem Turbinenwellenteil zugänglich wird, um so die vorübergehende Trennung der beiden Wellenteile für den anschließenden getrennten Einbau des Verdichters mit seinem Wellenteil und des Turbinenwellenteiles in das Triebwerksgehäuse erst zu ermöglichen.
• Ferner ist es bei Gasturbinentriebwerken bekannt, die Verdichterantriebsturbinen und den Verdichter auf je einem zweifach gelagerten Wellenteil anzuordnen, die miteinander durch eine Mitnehmerhülse über Zahnkupplungen drehfest verbunden sind.
• Bei Abgasturboladeraggregaten mit in axialer Richtung durch einen Zuganker fest zusammengespannten, auf zwei Lagern abgestützten Wellenteilen ist es außerdem bekannt, die Zuganker-Verbindung zwischen dem Turbinenwellenteil und dem Verdichter von der Verdichterseite her zugänglich anzuordnen.
• Gegenüber den bekannten Ausführungen ist die Erfindung neben dem an sich bekannten Merkmal, die Verbindungsmittel der beiden Wellenteile von außen her zugänglich anzuordnen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen eine einzige Zentrierstelle aufweisen und durch eine Drehmoment übertragende, gegenseitige Längsverschiebung zulassende Einrichtung miteinander verbunden sind und daß die Turbinenwelle unter dem Einfluß des Axialschubes an der Verdichterwelle axial anliegt, während sie in entgegengesetzter Richtung ein geringes Axialspiel zur Verdichterwelle aufweist.
• Durch die Erfindung wird trotz der drei Wellenlager praktisch eine statisch bestimmte Wellenlagerung und eine die Wärmedehnung nicht behindernde sowie durch die einzige Zentrierung eine in ganz geringen Grenzen winkelbewegliche und dadurch die Lager nicht gefährdende Anordnung des Turbinenwellenteiles erreicht.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen axialen Längsschnitt durch den Gaserzeuger eines Gasturbinentriebwerkes mit einer ersten Ausführung der Wellenanordnung und F i g. 2 ebenfalls einen axialen Längsschnitt durch den Gaserzeuger eines Gasturbinentriebwerkes in einer zweiten Ausführung der Wellenanordnung.
• Wie aus der F i g. 1 zu entnehmen ist, besteht die Welle des Gaserzeugers (Verdichterantriebswelle) aus zwei einzelnen Wellenteilen, aus dem Verdichterwellenteil V1 und dem Turbinenwellenteil T1. Auf dem Verdichterwellenteil V1 der als Hohlwelle ausgebildet und über ein vorderes Lager 11 und mittleres Lager 12 im Triebwerksgehäuse gelagert ist, sind die Verdichterlaufräder 13 befestigt. Die Turbinenlaufräder 14 sind am Flansch 15 des Turbinenwellenteiles T1 befestigt, der mit seinem äußeren Fortsatz T1' in den hohlen Verdichterwellenteil V1 gesteckt ist. Das äußere Ende 16 des Wellenfortsatzes T1' trägt ein Gewinde, auf dem eine Schraubenmutter 29 geführt ist, durch die eine Büchse 17 mit Bund 17' gegen eine Wellenschulter 18 gespannt wird, wodurch im Zusammenwirken mit der Stirnseite 19 des Verdichterwellenteiles V1 ein Anschlag in axialer Richtung entsteht. Durch eine Steckkupplung 20 (Kerbverzahnung) sind die beiden Wellenteile V1 und TI in Drehrichtung formschlüssig miteinander verbunden. Der mittlere Teil des Fortsatzes T1' ist als Dehnteil ausgebildet. Die gegenseitige Zentrierung der beiden Wellenteile V1 und T1 erfolgt über einen auf dem Wellenfortsatz T1' befindlichen Zentrierbund 21 und einer Zentrierringfläche 21' an der Innenfläche des Verdichterwellenteiles Vi.
• Während des Betriebes lastet auf dem Verdichterwellenteil V1 ein axialer Schub in Pfeilrichtung X, während auf dem Turbinenwellenteil T1 ein axialer Schub in Pfeilrichtung Y lastet, der kleiner ist als der erstgenannte Schub. Die Schubkraft Y, die durch den Dehnteil T' festigkeitsmäßig vorteilhaft aufgenommen wird, wird über den Anschlag 17', 19 auf den Verdichterwellenteil V1 übertragen, die vorhandene Schubdifferenz wird von dem äußeren Wellenlager 11 aufgenommen. Turbinenseitig ist der Wellenteil T1 noch über ein inneres Lager 22 abgestützt. Durch die »Aufhängung« des Turbinenwellenteiles Ti in axialer Richtung über den Anschlag 17', 19 wird ihr axialer Schub auf den Verdichterwellenteil V1 übertragen, so daß nur eines (11) der drei Wellenlager 11, 12 und 22 als Festlager ausgeführt zu sein braucht.
• Wie die F i g. 2 zeigt, reicht der Turbinenwellenteil T2 nur wenig bis über die Höhe des mittleren Wellenlagers 12 hinaus. In diesem Bereich weist der Verdichterantriebswellenteil V2 eine Abstufung 23 auf. Der äußere Fortsatz T2 des Turbinenwellenteiles T2 ist in seiner Länge verhältnismäßig kurz gehalten und weist ein Innengewinde 24 auf, in dem ein Schraubenbolzen 25 eingesetzt ist, der mit seinem Bund 25' eine Anschlagscheibe 26 gegen die äußere Stirnseite des Wellenfortsatzes T2 festhält, so daß im Zusammenwirken mit der Abstufung 23 für den Wellenteil T2 ein Anschlag in axialer Richtung gebildet wird. Die Kupplung zwischen den beiden Wellenteilen V2 und T2 in Drehrichtung erfolgt durch eine Steckverbindung 20' (Kerbverzahnung); die Zentrierung durch einen Zentrierbund 21.
• Gegen Lösen gesichert wird der Schraubenbolzen 25 durch eine bis zum äußeren Ende des Verdichterwellenteiles V2 reichende Distanzbüchse 27, die durch eine Schraubenmutter 28, die in einem Innengewinde im äußeren Ende des Verdichterwellenteiles VZ geführt ist, in axialer Richtung gegen den Bund 25' angedrückt wird.
• Nachdem der Verdichterwellenteil V, im Verdichtergehäuse vormontiert worden ist, wird der Turbinenwellenteil T2 mit seinem äußeren Ende T2 in den Wellenteil V2 eingesteckt. Dann wird mit einem langen Steckschlüssel der Schraubenbolzen 25 ein- ; geschraubt und anschließend die Distanzbüchse 27 eingebaut.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Gasturbinentriebwerk mit in drei Lagern gelagertem Läufer, bei dem die Turbinenwelle in der hohlen Verdichterwelle angeordnet und zentriert und lösbar mit ihr verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verbindungsmittel der beiden Wellen in an sich bekannter Weise verdichterseitig von außen her zugänglich sind, daß die beiden Wellen eine einzige Zentrierstelle aufweisen und durch eine Drehmoment übertragende, gegenseitige Längsverschiebung zulassende Einrichtung miteinander verbunden sind und daß die Turbinenwelle unter dem Einfluß des Axialschubes an der Verdichterwelle axial anliegt, während sie in entgegengesetzter Richtung ein geringes Axialspiel zur Verdichterwelle aufweist.
2. 2. Ausbildung und Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende (16) des Wellenfortsatzes (T,') über das äußere Ende (19) des Verdichterwellenteiles (V1) hinausragt und mit einem Gewinde versehen ist, auf dem eine Mutter (29) geführt ist, die eine Büchse (17) mit Bund (17') gegen eine Schulter (18) des Wellenfortsatzes (TI') spannt, wobei der Bund (17') einen axialen Anschlag für den Turbinenwellenteil (T,) in Pfeilrichtung (Y) bildet (F i g. 1).
3. 3. Ausbildung und Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung zwischen dem Verdichterwellenteil (V1) und dem Turbinenwellenteil (T1) in Höhe des mittleren Wellenlagers (12) erfolgt.
4. 4. Ausbildung und Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Turbinenwellenteil (T1) und dem Verdichterwellenteil (V,) vorgesehene Mitnehmerkupplung, z. B. in Form einer Kerbverzahnung (20), sich in Höhe des vorderen Wellenlagers (11) befindet (F i g. 1).
5. 5. Ausbildung und Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenwellenteil (T2) sich bis etwa in Höhe des mittleren Wellenlagers (12) oder etwas darüber hinaus erstreckt, in dessen Bereich der hohle Verdichterwellenteil eine in axialer Richtung nach außen zeigende Abstufung (23) aufweist, bis zu der das äußere Ende des Turbinenwellenteiles (T.,) reicht, wobei Mittel vorgesehen sind, die mit dem äußeren Ende des verhältnismäßig kurz ausgebildeten Fortsatzes (T,') nach Einführen desselben in den Abschnitt (Ü2') des Verdichterwellenteiles (V2) verbunden werden und die zusammen mit der vorgesehenen Abstufung (23) innerhalb des Verdichterwellenteiles (V.:) einen axialen Anschlag bilden (F i g. 2).
6. 6. Ausbildung und Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des Wellenfortsatzes (T.,) mit einem Innengewinde (24) versehen ist, in dem ein Gewindebolzen (25) einschraubbar ist, der einen Bund (25') aufweist, zwischen dem und der Stirnfläche des Wellenfortsatzes (T2') eine Anschlagscheibe (26) befestigt ist, die an der Abstufung (23) anliegt (F i g. 2).
7. 7. Ausbildung und Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden Wellenteilen (T2 und V2) vorgesehene Mitnehmerkupplung (20') im Bereich des mittleren Wellenlagers (12) vorgesehen ist (F i g. 2). B. Ausbildung und Anordnung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sichern des Gewindebolzens (25) eine Distanzbüchse (27) dient, die bis zum äußeren Ende des Verdichterwellenteiles (V,) reicht, und daß Mittel vorgesehen sind, die -die Distanzbüchse (27) in axialer Richtung gegen den Gewindebolzen (25) bzw. dessen Bund (25') drücken (F i g. 2). 9. Ausbildung und Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzbüchse (27) kurz vor dem äußeren Ende des Verdichterwellenteiles (V.,) endet, wo ein Innengewinde vorgesehen ist, in dem eine Mutter (28) geführt ist, die gegen die Distanzbüchse (27) gespannt wird (F i g. 2). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 968 872, 1022 422; schweizerische Patentschrift Nr. 328 559; Zeitschrift Angineering« Bd.84, 25. Oktober 1957, Nr. 4781, S. 532.