DE69002072T2

DE69002072T2 - Lagerung für den Niederdruckrotor einer Zweiwellenturbomaschine.

Info

Publication number: DE69002072T2
Application number: DE90400744T
Authority: DE
Inventors: Gerard Mandet; Jacques Rene Serre
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2010-03-21
Also published as: EP0389353B1; FR2644844A1; FR2644844B1; DE69002072D1; US5074109A; EP0389353A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Lagerung für den Rotor der Niederdruckturbine eines Zweiwellenturbotriebwerks.
Das französische Patent Nr. 1 462 062 stellt ein Aft-Fan- Turbotriebwerk dar, bei dem das Turbogebläse einen Rotor mit einer einzigen Schaufelstufe aufweist, die mit kurzen Vorder- bzw. Hinterwellen verbunden ist, die auf jeweiligen Lagern ruhen. Die Lager ruhen ihrerseits vermittels Streben oder Stegen, die stromauf und stromab von dem Turbogebläse angeordnet sind, auf dem festen Aufbau des Turbogebläses.
Das französische Patent Nr. 1 527 370 stellt ein Front-Fan- Turbotriebwerk dar, bei dem die Niederdruckturbine mehrere Schaufelstufen aufweist, die an einer Trommel montiert sind, die an ihren beiden Enden von konischen Elementen gehalten wird, wobei die konischen Elemente in Rollenlagern drehen, die über konische, stromauf und stromab von der Niederdruckturbine angeordnete Stützelemente auf jeweiligen radialen Streben ruhen, die an dem Gehäuse des Turbotriebwerks montiert sind.
Die in diesen beiden Schriften dargestellten Lagerungssysteme für den Rotor der Niederdruckturbine enthalten Lagerungselemente für den genannten Rotor, die stromauf und stromab von der Niederdruckturbine angeordnet sind, wodurch Schwierigkeiten und Kosten beim Ein- und Ausbau des Turbotriebwerks entstehen.
Zur Erleichterung des Einbaus und Ausbaus des Turbotriebwerks können wie bekannt die radialen, stromauf von der Niederdruckturbine angeordneten Streben weggelassen werden, indem ein Zwischenwellenlager zwischen der Hochdruckturbinenwelle und der Welle der Niederdruckturbine verwendet wird.
Die Lagerung des Niederdruckrotors nur an der Rückseite der Niederdruckturbine bewirkt nun, daß die Niederdruckwelle sehr unstarr wird, wodurch in dieser Turbine exzessive Vibrationen erzeugt werden, und es müssen Übertragungen der Vibrationserregungen von einer Welle zur anderen befürchtet werden, da die Hochdruckwelle auf der Niederdruckwelle ruht.
Ebenfalls ist bekannt, daß die radialen, hinter der Niederdruckturbine angeordneten Streben weggelassen werden können, indem diese Turbine nur vorn mit Hilfe eines Turbinen- Zwischengehäuses gehalten wird, das zwischen der Niederdruckturbine und der Hochdruckturbine angeordnet ist. Diese Art der Montage kann ebenfalls unerwünschte Vibrationen zur Folge haben, insbesondere wenn die Niederdruckturbine eine große Anzahl von Schaufelstufen enthält.
Aus FR-A-2 211 589 ist desgleichen ein Zweiwellenturbotriebwerk bekannt, das eine Hochdruckturbine, die eine Hohlwelle antreibt, sowie eine Niederdruckturbine, die stromab angeordnet ist und eine zum Teil in der genannten Hohlwelle gelagerte Rohrwelle antreibt, aufweist und bei dem der Rotor der Niederdruckturbine mit einem einzelnen Drehzapfen fest verbunden ist, der in der genannten Rohrwelle ruht, wobei die Rohrwelle von zwei Lagern getragen wird, die beide in einem zylindrischen, festen Tragelement aufliegen, das mit dem Stator der Turbine fest verbunden ist.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine neue Lagerungsvorrichtung für die Niederdruckturbine eines Zweiwellen-Turbotriebwerks vorzuschlagen, die die angeführten Nachteile beseitigt und die es unter anderem ermöglicht, den Rotor der Niederdruckturbine besser zu halten, so daß die exzessiven Vibrationen der Niederdruckturbine vermieden werden und gleichzeitig ein leichter Ein- und Ausbau des Turbotriebwerks möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch das Zweiwellen-Turbotriebwerk mit einer Hochdruckturbine, die eine Hohlwelle antreibt, und einer Niederdruckturbine, die stromab von der Hochdruckturbine angeordnet ist und eine wenigstens zum Teil in der genannten Hohlwelle gelagerte Rohrwelle antreibt, und bei dem der Rotor der Niederdruckturbine hinten von einem hinteren Lager getragen wird, das sich auf dem Stator der Niederdruckturbine abstützt, und vorn von einem vorderen Lager, das an der Rohrwelle der Niederdruckturbine montiert ist, wobei die Niederdruckturbine ein zylindrisches Tragelement aufweist, das in der Achse der genannten Turbine über den größen Teil ihrer Länge verläuft und mit dem Stator der genannten Turbine durch radiale, stromab von der genannten Turbine angeordnete Streben fest verbunden ist, wobei das vordere Lager zwischen dem genannten zylindrischen Tragelement und der Rohrwelle der genannten Turbine angeordnet ist; das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Zwischenwellenlager zwischen der genannten Hohlwelle der Hochdruckturbine und der genannten Rohrwelle der Niederdruckturbine angeordnet ist, und daß der Rotor der Niederdruckturbine mehrere Reihen von Schaufeln aufweist, die an einer Trommel montiert sind, die an ihrem vorderen und hinteren Ende von einem vorderen Drehzapfen, der fest mit der Rohrwelle der Niederdruckturbine verbunden ist, bzw. von einem hinteren Drehzapfen, der von der genannten Rohrwelle getrennt ist und auf dem hinteren Lager ruht, getragen wird.
Aufgrund dieses Aufbaus wird der Rotor der Niederdruckturbine von zwei Lagern gehalten, die sich an der Rückseite der Niederdruckturbine in Anlage an dem Stator der Niederdruckturbine befinden, wodurch das Hemmnis beseitigt wird, das die stromaufwärtigen Streben gemäß dem bisherigen Stand der Technik beim Ein- und Ausbau darstellten, und das vibrationserzeugende Biegen des Rotors verringert wird.
In vorteilhafter Weise dient das zylindrische Tragelement als Auflage für das hintere Lager.
Gemäß einer Ausführungsvariante bildet das zylindrische Tragelement eine äußere Auflage für das vordere Lager, das um das genannte zylindrische Tragelement herum angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Variante enthält das zylindrische Tragelement eine Bohrung in Längsrichtung, die wenigstens in dem vorderen Ende des genannten Tragelements ausgeführt ist, und ist das vordere Lager in der genannten Bohrung in Längsrichtung eingebaut.
Durch diese Anordnung werden die Streben gemäß dem bisherigen Stand der Technik, die mit dem Turbinen-Zwischengehäuse verbunden sind, beseitigt, und die Fortpflanzung der Vibrationen von der Hochdruckwelle zur Turbine werden stark gedämpft.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung hervor, die als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei
Fig. 1 ein Wirkbild einer ersten Ausführungsart einer Lagerung des Rotors der Niederdruckturbine gemäß dem bisherigen Stand der Technik darstellt,
Fig. 2 ein Wirkbild einer zweiten Ausführungsart gemäß dem bisherigen Stand der Technik darstellt,
Fig. 3 das Wirkbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsart darstellt, und
Fig. 4 eine Variante der Ausführungsart zeigt.
Ein Zweiwellenturbotriebwerk 1, wie z. B. ein TL-Triebwerk oder ein Gasturbinentriebwerk, weist eine Hochdruckturbine 2 auf, deren Rotor 3 eine Hochdruckwelle 4 besitzt, um einen nicht dargestellten Kompressor anzutreiben. Stromab von der Hochdruckturbine 2 ist eine Niederdruckturbine 5 angeordnet, der die von der Hochdruckturbine 2 kommenden heißen Gase zugeführt werden, und deren Rotor 6 eine Niederdruck-Rohrwelle 7 antreibt, die ihrerseits ein nicht dargestelltes Gebläse antreibt, das stromauf von dem Kompressor angeordnet werden kann. Die Rohrwelle 7 ist mindestens teilweise innerhalb der hohlen Hochdruckwelle 4 angeordnet. Die Rotoren 3 und 6 der beiden Turbinen 2 und 5 werden von den heißen Gasen, die von der nicht dargestellten, zwischen dem Kompressor und der Hochdruckturbine 2 befindlichen Brennkammer erzeugt werden, mittels der Reihen von Schaufeln 9a und 9b, die auf den Rotoren 3 und 6 axial beabstandet angeordnet sind und sich mit Reihen fester Schaufeln 10a und 10b abwechseln, die an dem Stator 11 der Hochdruckturbine 2 und dem Stator 12 der Niederdruckturbine 5 befestigt sind, in Drehbewegung um die Achse 8 des Turbotriebwerks 1 versetzt. Die Statoren 11 und 12 bilden den Mantel und das Gehäuse des Turbotriebwerks 1.
Der Rotor 6 der Niederdruckturbine 5 wird stromab von einem hinteren Lager 13 getragen, das sich in Anlage auf dem Stator 12 befindet, und stromauf von einem vorderen Lager 14, das an der Welle 7 der Niederdruckturbine 5 befestigt ist.
Fig. 1 zeigt eine bekannte Anordnung der Lagerung der Niederdruckturbine. Bei dieser Anordnung besteht der Rotor 6 der Niederdruckturbine aus einer Trommel 15, an der die Reihen von Schaufeln 9b montiert sind und die von einem vorderen Drehzapfen 16 und einem hinteren Drehzapfen 17 getragen wird, die durch konische oder Querteile mit der Trommel 15 verbunden sind, wobei der vordere Drehzapfen 16 fest mit der Niederdruckwelle 7 verbunden ist. Das vordere Lager 14 ist an dem vorderen Drehzapfen 16 oder an der Niederdruckwelle 7 befestigt und ist über radial zwischen den beiden Turbinen 2 und 5 angeordnete Querstreben 18 auf dem Stator 12 abgestützt.
Fig. 2 zeigt eine weitere bekannte Anordnung eines Zusammenbaus der Lagerung des Rotors 6 der Niederdruckturbine 5. Der Rotor 6 weist eine Scheibe 20 auf, die mit der Niederdruckwelle 7 verbunden ist. Das hintere Lager 13 befindet sich zwischen der Niederdruckwelle 7 und Querstreben 19, die stromab von der Niederdruckturbine 5 radial beabstandet angeordnet sind und am Stator 12 befestigt sind. Das vordere Lager 14a ist bei diesem Aufbau ein Zwischenwellenlager, das sich zwischen der Hochdruckwelle 4 und der Niederdruckwelle 7 befindet.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, das vordere Lager 14 ohne Zuhilfenahme der radial zwischen den beiden Turbinen 2 und 5 angeordneten Querstreben 18 auf dem Stator 12 abzustützen.
Wie in den Figuren 3 und 4, die mehrere erfindungsgemäße Ausführungsarten schematisch darstellen, zu sehen ist, ist ein zylindrisches Tragelement 21 in Längsrichtung in der Achse 8 des Turbotriebwerks 1 angeordnet. Das Tragelement 21 erstreckt sich über fast die gesamte Länge der Niederdruckturbine 5 und ist durch Querstreben 22, die stromab von der Niederdruckturbine 5 radial regelmäßig beabstandet angeordnet sind, mit dem Stator 12 fest verbunden. Das vordere Lager 14 befindet sich zwischen dem Tragelement 21 und der Niederdruckwelle 7. In vorteilhafter Weise befindet sich das hintere Lager 13 an dem Tragelement 21 in Anlage, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, und der Rotor 3 der Hochdruckturbine 2 wird hinten mit Hilfe eines Zwischenwellenlagers 14a abgestützt, das sich zwischen der Hochdruckwelle 4 und der Niederdruckwelle 7 befindet.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Ausführungsart betrifft einen Rotor 6 einer Niederdruckturbine mit einer Trommel 15, die von einem hinteren Drehzapfen 17 und einem vorderen Drehzapfen 16 gehalten wird, der mit der Niederdruckwelle 7 fest verbunden ist. Das hintere Lager 13 befindet sich zwischen dem hinteren Drehzapfen 17 und dem Tragelement 21. Das Tragelement 21 ist vorteilhafterweise mit einer Bohrung 23 in Längsrichtung versehen, die sich wenigstens in seinem vorderen Teil erstreckt, und das vordere Lager 14 ist entweder um den Tragarm 21 oder innerhalb der Bohrung 23 angeordnet.

Claims

1. Zweiwellen-Turbotriebwerk mit einer Hochdruckturbine (2), die eine Hohlwelle (4) antreibt, und einer Niederdruckturbine (5), die stromab von der Hochdruckturbine (2) angeordnet ist und eine wenigstens zum Teil in der genannten Hohlwelle (4) gelagerte Rohrwelle (7) antreibt, und bei dem der Rotor (6) der Niederdruckturbine (5) hinten von einem hinteren Lager (13) getragen wird, das sich auf dem Stator (12) der Niederdruckturbine (5) abstützt, und vorn von einem vorderen Lager (14) , das an der Rohrwelle (7) der Niederdruckturbine (5) montiert ist, wobei die Niederdruckturbine (5) ein zylindrisches Tragelement (21) aufweist, das in der Achse (8) der genannten Turbine (5) über den größen Teil ihrer Länge verläuft und mit dem Stator (12) der genannten Turbine (5) durch radiale, stromab von der genannten Turbine angeordnete Streben (22) fest verbunden ist, wobei das vordere Lager (14) zwischen dem genannten zylindrischen Tragelement (21) und der Rohrwelle (7) der genannten Turbine (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenwellenlager (14a) zwischen der genannten Hohlwelle (4) der Hochdruckturbine (2) und der genannten Rohrwelle (7) der Niederdruckturbine (5) angeordnet ist, und daß der Rotor (6) der Niederdruckturbine (5) mehrere Reihen von Schaufeln (9b) aufweist, die an einer Trommel (15) montiert sind, die an ihrem vorderen und hinteren Ende von einem vorderen Drehzapfen (16), der fest mit der Rohrwelle (7) der Niederdruckturbine (5) verbunden ist, bzw. von einem hinteren Drehzapfen (17) , der von der genannten Rohrwelle (7) getrennt ist und auf dem hinteren Lager (13) ruht, gehalten wird.

2. Turbotriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Tragelement (21) als Auflage für das hintere Lager (13) dient, wobei das genannte hintere Lager (13) um das genannte zylindrische Tragelement (21) herum angeordnet ist.

3. Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnete daß das zylindrische Tragelement (21) eine Bohrung in Längsrichtung (23) enthält, die wenigstens in dem vorderen Ende des genannten Tragelements (21) ausgeführt ist, und daß das vordere Lager (14) innerhalb der genannten Bohrung in Längsrichtung (23) eingebaut ist.

4. Turbotriebwerk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnete daß das zylindrische Tragelement (21) eine äußere Auflage für das vordere Lager (14) bildet, das um das genannte Tragelement herum angeordnet ist.