DE2229720A1

DE2229720A1 - Lageranordnung mit thermischer Ausdehnung

Info

Publication number: DE2229720A1
Application number: DE19722229720
Authority: DE
Inventors: Carroll Benson Seabrook N.H. Pineo (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1972-12-28
Also published as: BE780105A; FR2143271B1; FR2143271A1; US3692372A; CA943590A; IT956611B; GB1380213A

Description

Lageranordnung mit thermischer Ausdehnung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Lageranordnung mit thermischer Ausdehnung und insbesondere eine Lageranordnung zur Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk, bei dem der äußere Laufring des Lagers beim Auftreten von thermischen Belastungen gleichmäßig in radialer Richtung längs seines Umfangs ausgedehnt werden kann.

In Gasturbinentriebwerken werden die Lageranordnungen hohen thermischen Belastungen unterworfen, die zu einer nach außen gerichteten radialen Ausdehnung der Lagerlaufringe führen. Es

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ist wichtig, daß diese radiale Dehnung der Lagerlaufringe gleichmäßig am ganzen Umfang des Laufringes erfolgt, so daß beim Auftreten hoher thermischer Belastungen die Konzentrlzität der Lagerlaufringe bewahrt bleibt. Wenn sich die Lagerlaufringe radial in ungleichförmiger Weise ausdehnen, ergibt sich eine übermäßige örtliche Belastung und diese bewirkt eine beträchtliche Verminderung der effektiven Lebensdauer der Lageranordnung und kann sogar zu einem katastrophalen Triebwerksausfall führen.

Oft wird ein äußerer ringförmiger Lagerlaufring an dem Triebwerkrahmen befestigt mit Hilfe einer ringförmigen Lagerhalteplatte, die zwischen den Lagerlaufring und den Triebwerksrahmen eingefügt wird. Es ist dabei üblich, Schmiermittelleitungen durch diese Lagerhalteplatte durchzuführen, um das Schmiermittel den bewegten Oberflächen des Lagers zuzuführen. Gewöhnlich muß die ringförmige Halteplatte in dem Bereich verstärkt werden, wo die Schmiermittelleitungen die Platte durchsetzen, und dies geschieht durch axiale Verdickung der Platte zur Ausbildung eines Ansatzteiles oder einer Erhebung, durch den die Leitungen hindurch gehen. Oft liegt jedoch eine verminderte radiale Ausdehnung bei thermischer Belastung in dem Bereich der Erhebung vor und dies führt zu einer nicht-gleichförmigen radialen Ausdehnung über den Umfang der Halteplatte. Die ungleichförmige radiale Ausdehnung der Halteplatte bewirkt eine Belastung des Lagerlaufrings in ungleichförmiger Weise und erzeugt einen Verlust der Konzentriz ität während der Wärmeausdehnung und eine Beschränkung der wirksamen Lebensdauer des Lagers.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken zu schaffen, bei der die radiale Ausdehnung während thermischer Belastungen im wesentlichen über den ganzen Umfang der Lager Laufringe gleichförmig 1st trotz des Vorhandenseins eines verdickten Bereiche» innerhalb der Lagern?³lteplatte,

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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Lageranordnung zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken zu schaffen, bei der die wirksame Lebensdauer des Lagers beträchtlich dadurch gesteigert wird, daß während der Wärmedehnung die Konzentrizität des Lagerlaufrings beibehalten bleibt,

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung,eine Lageranordnung zur Verwendung in Gasturbinentriebwerken zu schaffen, bei der eine ungleichförmige radiale Dehnung über den Umfang eines Lagerteils bei thermischen Belastungen gemildert wird durch einen neuartigen Einschnitt durch das entsprechende Bauteil des Lagers.

Eine Lageranordnung zur Aufnahme einer länglichen Welle zur Drehung relativ zum Rahmen eines Gasturbinentriebwerkes enthält einen ring

kreisförmigen inneren Lagerlaufring zur Drehung zusammen mit der Welle und einen äußeren ringförmigen Lagerlaufring, der einen Abstand zu dem inneren Lagerlaufring besitzt und konzentrisch zu ihm ist. Zur Drehung zwischen dem inneren und äußeren Lagerlaufring sind eine Vielzahl von Lagerrollen über dem Umfang angeordnet. Ebenso ist eine ringförmige Lagerhalteplatte zur festen Verbindung mit dem Triebwerksrahmen zwischen diesem und dem äußeren Laufring angeordnet. Die Lagerhalterung enthält mindestens einen axial verdickten Bereich an dem Umfang, welcher bei radialer Dehnung unter thermischen Belastungen eine geringere Dehnung besitzt als eie die anderen Stellen am Umfang der Halteplatte aufweisen. Um eine gleichförmige radiale thermische Dehnung über den ganzen Umfang der Halteplatte zu schaffen, ist ein Einschnitt durch die Lagerhalteplatte zur Minderung der Belastung vorgesehen. Dieser Einschnitt zur Minderung der Belastung durch die Lagerhalteplatte enthält einen allgemein umkreisförmig verlaufenden Einschnitt durch den Bereich mit geringerer radialer Dehnung und zwei allgemein radial verlaufende Einschnitte, die sich von den Enden des umkreisförmigen Einschnittes aus auf gegenüberliegenden Seiten des Bereiches mit geringerer radialer Dehnung nach innen erstrecken und dadurch eine gleichförmige

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radiale Ausdehnung für den Umfang des äußeren Lagerlaufrings schaffen.

Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausfuhrungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines typischen Gasturbinentriebwerkes einschließlich der Lageranordnung gemäß der Erfindung .

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Lageranordnung gemäß Fig. Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2.

In Fig. 1 ist als Beispiel für ein Gasturbinentriebwerk ein solches Triebwerk 10 für ein Luftfahrzeug und vom Turbostrahltyp abgebildet. Das Triebwerk enthält ein Gehäuse 12 mit allgemein zylindrischer Form und mit einem Einlaß I¹J und einer Ausstoßdüse 16 an entgegengesetzten Enden. Das Gasturbinentriebwerk 10 enthält auch einen Axialstromverdichter 18, einen Brenner und eine Turbine 22, die bezüglich der Strömung in Reihe zwischen dem Einlaß 14 und der Ausstoßdüse 16 gehaltert sind. Die Verbindung zwischen der Turbine 22 und dem Axialstromverdichter 18 wird hergestellt mit Hilfe einer Welle 3¹I, die drehbar bezüglich eines Triebwerkrahmens 32 angeordnet ist. Die Welle 3¹J ist in Lageranordnungen drehbar gelagert, welche allgemein mit 30, 30' bezeichnet und nachstehend im einzelnen beschrieben sind,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt der Lageranordnung 30 mit näheren Einzelheiten. Ein weggebrochener Teil der Welle 3*1 enthält einen ringförmigen Flansch 70, der aus ihrer Oberfläche herausragt. Der Flansch 70 kann einstückig mit der Welle 3^ gebildet sein oder er kann aus einem Kreisring bestehen, der anschließend in

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an sich bekannter Weise durch Hartlötung mit der Welle verbunden wird. Ein innerer kreisringförmiger Lagerlaufring 38 umschließt die Welle 34, Dieser innere Lagerlaufring 38 wird in einer festen Lage bezüglich der Welle 34 durch einen Preßsitz zwischen dem kreisringFörmlggci Plansch 70 und einer ringförmigen Mutter 68 zur Festlegung des Laufrings gehalten, weiche auf die

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Welle'Taufschraubbar ist. Um den Umkreis des inneren Lagerlaufrings 38 herum sind eine Vielzahl von Lagerrollen 36 angeordnet und werden in ihrer radialen Lage relativ zu dem inneren Lagerlaufring 38 mit Hilfe eines Süßeren ringförmigen Lagerlaufrings 40 gehalten. Der Ausdruck "Lagerrollen" soll im Zusammenhang mit dieser Beschreibung auch "Lagerkugeln", Lagerkegel und anderer Arten von rollfähigen Einrichtungen umfassen, wie sie üblicherweise zwischen zwei Laufringen zur Herstellung einer Lageranordnung angeordnet werden. Die Lagerrollen 36 werden umfangsmäßig in einem Abstand gehalten, mit Hilfe eines Laufrollenkäfigs 37, Der äußere Lagerlaufring 40 ist in einem radialen Abstand zum inneren Lagerlaufring 38 gehalten und ist konzentrisch zu diesem.

Der äußere Lagerlaufring 40 wird bezüglich seiner Lage zum Triebwerksrahmen 33 festgelegt mit Hilfe einer kreisringförmigen Lagerhalteplatte 42, wobei diese Halteplatte eine sich in radialer Richtung erstreckende Umfangsplatte 41 besitzt, deren innerer Durchmesser in Verbindung steht mit einem axial verlaufenden Umfangsflansch 43 und deren äußerer Durchmesser mit einem anderen axial verlaufenden Umfangsflansch 45 in Verbindung ist. Die innere Oberfläche des axial verlaufenden Umfangsflansches 43 liegt an der äußeren Oberfläche des Lagerlaufrings 40 an. Der Plansch 43 enthält eine kreisringförmige Lippe 63, die sich radial nach innen erstreckt, Dadurch wird eine feste Verbindung zwischen dem äußeren Lagerlaufring 40 und der Halteplatte 42 aufrechterhalten, indem der Laufring 40 zwischen die Lippe 63 und eine ringförmige Platte 64 zur Festlegung des Laufrings eingefügt wird. Die Platte 64 wird axial gegen die radial verlaufenden Seiten des äußeren Lagerlaufrings 40 gepreßt mit Hilfe von

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Halteschrauben 66, welche sich durch die Platte 61 erstrecken und in Gewindeeingriff mit der Lagerhalteplatte 12 stehen. Um eine radial nach außen gerichtete Dehnung bei thermischer Belastung aufzunehmen, ist eine konventionelle Entlastungsnut 77 vorgesehen, zur Überwindung der radialen Steifigkeit der Halteplatte 12,

Es ist allgemein bequemer, die Schmiermittelleitungen unmittelbar durch die Lagerhalteplatte durchzuführen, anstatt diese um das Lager herum durch die relativ komplizierte Struktur des Triebwerksrahmens hindurchzuführen. Gemäß der Abbildung dringt ein Ende eines Einlaßrohrs 18 für Schmiermittel in eine öffnung 16 ein, Diese erstreckt sich durch einen Bereich der Lagerhalteplatte 12, welcher zur Ausbildung einer örtlichen Erhebung 11 verdickt ist, um das Schmiermittelrohr in ausreichender Weise festzulegen, Das abgebrochen gezeichnete Ende des Einlaßrohrs für das Schmiermittel ist mit einer nicht gezeigten Quelle für Schmiermittel verbunden. Das andere Ende des Einlaßrohrs für das Schmiermittel enthält einen Ringflansch 50, der sich von seiner Oberfläche aus radial nach außen erstreckt und an der radial verlaufenden Fläche der örtlichen Erhebung 11 anliegt, und die Strecke begrenzt, über die das Schmiermittelrohr in die öffnung 16 eingeführt werden kann. Das eindringende Ende des Schmiermittelrohrs enthält eine Ringnut 52 an ihrer äußeren Oberfläche, in der eine O-Ring-Dichtung 51 angeordnet ist, um einen abgedichteten Eingriff zwischen der örtlichen Erhebung 11 und dem Schmiermittelrohr zu schaffen» Das Schmiermittelrohr 18 kann in bekannter Weise durch Hartlöten an der Erhebung 11 befestigt sein.

Ein Schmiermittelauslaßrohr 56 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Einlaßrohr 18 und leitet das Schmiermittel zum Bereich der Lagerrollen 36, wobei das Schmiermittel anschließend durch eine Düse 58 am Ende des Rohrs 56 ausgestoßen wird. Das Schmiermittel kann unter Druck eingeleitet werden und tritt durch die Düse in vernebelter Form aus. Dieser Schmiermittelnebel trifft

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anschließend auf die Kontaktflächen der Lagerrollen und der Lagerlaufringe auf und schmiert dieselben. Das Einlaßende des Rohrs 56 steht in Kontakt mit der radial verlaufenden Fläche der Erhebung 44 mit Hilfe eines Flansches 6O₁ der sich von der Mittelachse des Rohrs 56 aus radial nach außen erstreckt. Der Flansch 60 wird in anliegender Lage mit der Halteplatte 42 gehalten mit Hilfe von Halteschrauben 62, 62' gemäß Fig. 3, welche sich durch den Flansch φ hindurch erstrecken und in Gewindeeingriff mit der Halteplatte stehen.

Um eine gleichmäße nach außen gerichtete radiale thermische Ausdehnung des äußeren Lagerlaufrings 40 während des Triebwerkbetriebes zu fördern, sind eine Reihe von neuartigen Spannungsminderungs-Einschnitten oder Nuten durch die Lagerhalteplatte 42 vorgesehen. Wenn eine solche Spannungsentlastung nicht vorgesehen ist, ist die radiale Dehnung der Lagerhalteplatte 42 im Bereich der Verbindung zwischen den Schmiermittelrohren 48, 56 und der Öffnung 46 beträchtlich kleiner als an anderen Stellen des Umfangs der Halterung infolge des örtlichen radialen Versteifungseffekts des Ansatzteils 44, Diese führt zu einer ungleichmäßigen radialen Dehnung des äußeren Lagerlaufrings und zu ebenen Bereichen In dem Lagerlaufring, welche die effektive Lebensdauer der Rollenlager beträchtlich beschränken.

FIg, 3 zeigt die durch die Lagerhalteplatte 42 verlaufenden neuartigen Entlastungseinschnitte allgemein bei 72. Der Entlastungseinschnitt 72 enthält einen umkreisförmig verlaufenden Einschnitt 74, der radial außerhalb der Verbindung zwischen den Schmiermittelrohren 48, 56 und der öffnung 46 liegt. Die Enden des umkreisförmigen Einschnittes 74 stehen in Verbindung mit Einschnitten 76, 76', welche sich allgemein radial nach innen auf der Lagerhalteplatte 72 erstrecken und an Stellen enden, die vorzugsweise radial innerhalb der Verbindung zwischen den Schmiermittelrohren 48, 56 und der öffnung 46 liegen. Die Kombination ' des umkreisförmigen Einschnittes 74 mit den beiden allgemein

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radial verlaufenden Einschnitten 76, 76' erstreckt sich axial durch die Lagerhalteplatte 42, so daß drei Seiten der Erhebung 44 von der übrigen Lagerhalteplatte isoliert sind.

Jede vorher vorhandene Behinderung der gleichförmigen radialen Wärmedehnung des äußeren Lagerlaufrings 40, welche durch die ungleichförmige radiale Dehnung der Lagerhalteplatte 42 im Bereich der örtlichen Erhebung 44 verursacht wurde, wird jetzt behoben oder entlastet durch die umkreisförmigen und radialen Einschnitte durch die Lagerhalteplatte. Die radiale Steifigkeit des verdickten Bereichs der Hfclteplatte ist unterbrochen durch den zwischengefügten umkreisförmigen Einschnitt 74 im Zusammenwirken mit den zwei allgemein radial verlaufenden Einschnitten 76, 76' zu beiden Seiten des verdickten Bereiches. Man erkennt leicht, daß Jetzt der äußere Lagerlaufring 40 sich frei radial nach außen in gleichförmiger Weise unter den thermischen Belastungen ausdehnen kann, ohne daß er dabei die örtliche radiale Steifigkeit der verdickten Bereiche der Halteplatte überwinden muß.

Obwohl vorstehend die Erfindung im Zusammenhang mit einer Lageranordnung in einem Gasturbinentriebwerk beschrieben ist, kann sie Jedoch in weitem Umfange angewendet werdenauf beliebige Lageranordnungen, die ungleichförmigen radialen thermischen Belastungen unterliegen.

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Claims

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Lageranordnung zur Lagerung einer Längswelle zur Drehung relativ zu einem Statorelement einschließlich eines inneren Lagerlaufrings, der zur Drehung mit der Welle angeordnet ist, eines ringförmigen äußeren Lagerlaufrings konzentrisch zum inneren Lagerlaufring und in einem radialen Abstand von demselben, einer Vielzahl am Umkreis zur Drehung zwischen dem inneren und äußeren Lagerlaufring angebrachter Lagerrollen, einer ringförmigen Lagerhalteplatte, die zur festlegenden Verbindung zwischen dem äußeren Laufring und dem Statorelement angeordnet ist und mindestens einen Bereich an ihrem umfang besitzt, der bei thermischer Belastung eine geringere radiale Dehnung besitzt als sie an anderen Stellen des Umfangs der Halteplatte vorhanden ist, gekennzeichnet durch einen Einschnitt (72) zur Entlastung der Spannung durch die ringförmige Lagerhalteplatte (42) zur gleichförmigen radialen thermischen Dehnung über den gesamten Umfang des äußeren Lager lauf rings (¹IO),

2, Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Entlastungseinschnitt (72) durch die kreisringförmige Lagerhalteplatte (42) einen allgemein umkreisförmig verlaufenden Einschnitt (7¹I) durch den Bereich mit geringerer radialer Ausdehnung besitzt und zwei allgemein radial verlaufende Einschnitte (76, 76') aufweist, die sich von dem umkreisförmigen Einschnitt (7¹I) aus auf entgegengesetzten Seiten des Bereiches (¹I¹I) mit geringerer radialer Dehnung nach innen erstrecken,

3, Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich (¹I¹I) der Lagerhalteplatte (42) mit geringerer thermischer radialer Dehnung ein axial verdickter Bereich der Halteplatte (42) ist.

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4, Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der axial verdickte Bereich (M²O eine durchgehende öffnung (M6) enthält, bei der Jedes Ende in Strömungsmittelverbindung mit einem Schmiermittelrohr steht, wobei ein Rohr (M8) Schmiermittel aus einem Vorrat zuführt und das andere Rohr (56) das Schmiermittel zu dem Gebiet der Lageroberflächen richtet.

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