DE2824921A1

DE2824921A1 - Radiallageranordnung zwischen zwei jeweils relativ zueinander und zu einer feststehenden bezugskonstruktion umlaufenden maschinenteilen

Info

Publication number: DE2824921A1
Application number: DE19782824921
Authority: DE
Inventors: Derek Aubrey Roberts
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1978-06-07
Publication date: 1979-01-04
Also published as: JPS586089B2; FR2394706A1; FR2394706B1; IT1096738B; GB1587285A; US4175803A; JPS5442550A; IT7824562A0; DE2824921C2

Description

Dipl. ing. K. HOLZEB PHIUPHKB-WBISEB- BTHA8BB 14 8900 AUGSBUBG

TELEFON 518*78 TELEX 533 208 pciol d

It. 101-4

Augsburg, den 31. Hai 1978

6i5 i

Rolls-Royce Limited,
iu Gate, London SWlh 6AT, England

Raaiallageranordnung zwischen zwei jeweils relativ zueinander und zu einer feststenenden Bezugskonstruktion umlaufenden

iiascninent eilen

Die Srfinaung betrifft eine Radiallageranordnung zwischen zwei jeweils relativ zu einer feststehenden Bezugskonstruktion unu relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen.

Ls ist bereits bekannt, zur Lagerung eines umlaufenden Masciiinenteils in oder auf einer feststehenden Bezugskonstruktion eine Lageranordnung zu verwenden, die aus einer

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Kombination eines Wälzlagers mit einem hydrodynamischen Lager besteht.' Der Zweck des hydrodynamischen Lagers liegt dabei in der Dämpfung von Schwingungen des umlaufenden Maschinenteils, die von an diesem angreifenden Unwuchtkräften herrühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe z.ugrunde, eine Radiallageranordnung zur schwingungsgedämpften Lagerung eines umlaufenden Maschinenteils in oder auf einem weiteren, ebenfalls umlaufenden Maschinenteil zu schaffen, wobei die beiden Maschinenteile mit unterschiedlichen Drehzahlen oder in entgegengesetzten Drehrichtungen bezüglich einer feststehenden Bezugskonstruktion umlaufen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Im Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung dämpft das erste hydrodynamische Lager Schwingungen des inneren Maschinenteils relativ zum äußeren Maschinenteil, wahrend das zweite hydrodynamische Lager Schwingungen des äußeren Maschinenteils mit Bezug auf das innere Maschinenteil dämpft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen

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beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Gasturbinentriebwerks mit einer Radiallageranordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Halbschnitt durch die Radial

lageranordnung, und

Fig. 3 eine schematische Ansicht in Richtung

des Pfeiles III in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10, das in Richtung der Arbeitsmittelströmung nacheinander einen Niederdruckverdichter 12, einen Hochdruckverdichter 13» eine Brenneinrichtung lh, eine Hochdruckturbine 15 und eine Niederdruckturbine 16 aufweist. Der Niederdruckverdichter 12 und die Niederdruckturbine 16 sind durch eine Welle 17 miteinander verbunden, die an ihren beiden Enden mittels Lagern 18 und in der feststehenden Triebwerkskonstruktion 22 gelagert ist. Der Hochdruckverdichter 13 und die Hochdruckturbine sind über eine Welle 20 miteinander verbunden, welche die Welle 17 umschließt und an ihrem einen Ende mittels eines

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Lagers 21 in der fesstehenden Konstruktion 22 und an ihrem anderen Ende mittels einer Lageranordnung 24 auf der Welle gelagert ist.

Gemäß Fig. 2 enthält die Lageranordnung 24 zwei Wälzlager A und B und zwei hydrodynamische Lager Al und Bl. Das Wälzlager A weist einen inneren Lagerlaufring 25, einen äußeren Lagerlaufring 26 und dazwischen angeordnete Rollen auf. Der innere Lagerlaufring 25 ist auf der Welle 17 befestigt, so daß er radial unbeweglich auf dieser Welle sitzt. Der äußere Lagerlaufring 2b ist mit Bezug auf ein an der Innenwand der hohlen Welle 20 befestigtes Bauteil 28 radial beweglich, jedoch wird durch Keile 29 eine relative Drehbarkeit zwischen dem äußeren Lagerlaufring 26 und dem Bauteil 28 verhindert. Zwischen der äußeren Mantelfläche 32 des äußeren Lagerlaufrings 26 und der dieser zugewandten Innenwandfläche 31 des Bauteils 28 befindet sich ein ölgefüllter Radialspalt 33. Die beiden Flächen 31 und 32 und das in dem dazwischenliegenden Radialspalt 33 befindliche Öl bilden zusammen das hydrodynamische Lager Al.

Das Wälzlager B weist einen inneren Lagerlaufring 34, einen äußeren Lagerlaufring 35 und dazwiscnen befindliche Rollen 36 auf. Der äußere Lagerlaufring 35 ist an der Innenwand der hohlen welle 20 radial unbeweglich befestigt.

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Der innere Lagerlaufring 34 ist mit Bezug auf ein an der Welle 17 befestigtes Bauteil 37 radial beweglich, jedocn wird eine relative Drehbewegung zwischen diesem inneren lagerlaufring 34 und dem Bauteil 37 durch Keile 38 verhindert. Die radial innere Wandfläcne 40 des inneren Lagerlaufrings 34 una die dieser zugewandte äußere "Wandfläche 39 des Bauteils 37 bilden zwischen sich einen ölgefüllten Radialspalt 41. Die beiden Fläcnen 39 und 40 und das im Radialspalt 41 befindlicne Öl bilden zusammen das nydrodynamisehe Lager al,

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der innere Lagerlaufring 2-j des Wälzlagers A einteilig mit dem Bauteil 37 ausgebildet, jedoch können diese beiden Elemente auch als gesonderte Bauteile ausgebildet sein, die jeweils für sich an der 'Welle 17 befestigt sind. Alternativ dazu können auch der innere Laufring 25 und das Bauteil 37 beide einteilig mit der ivelle 17 ausgebildet sein. In jedem Fall bilden der innere Lagerlaufring 25, das Bauteil 27 und die Welle 17, soweit es die Arbeitsweise der Lageranordnung 24 betrifft, eine einheitliche, gemeinsam umlaufende Baugruppe. In gleicher Weise bilden der äußere Lagerlaufring 26, das Bauteil 28 und die Welle 20 eine einheitliche, gemeinsam umlaufende Baugruppe.

Zum Zweck der Erläuterung der Arbeitsweise der Lageranordnung 24 sei zunächst angenommen, daß die Welle 17

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stillsteht und die Welle 20 umläuft, und daß infolge einer Unwuchtkraft die Welle 20 zu einer Orbitalbewegung neigt, deren Frequenz gleich der Wellendrehzahl ist. Diese Orbitalbewegung wird in gewissem Maße durch die Radialspalte 33 und 4l der hydrodynamischen Lager Al und Bl aufgenommen, wobei jedoch nur das Lager Bl bei den angenommenen Bedingungen, nämlich feststehender Welle 17» tatsächlich als hydrodynamisches Lager wirkt. Dies wird nachstehend erläutert.

Was das hydrodynamische Lager Bl betrifft, so läuft der innere Lagerlaufring 34 wegen der stillstehenden Welle nicht um, nimmt jedoch an der Orbitalbewegung der Welle teil. Infolgedessen befinden sich die beiden ringförmigen Flächen 39 und 40 in einer exzentrischen gegenseitigen Stellung (Fig. 3), wobei sich zwischen ihnen ein engster Spaltbereich 42 befindet, der entlang des ringförmigen Radialspalts 41 zwischen den beiden Flächen 39 und 40 umläuft. Diese Relativbewegung des engsten Spaltbereiches stellt eine Voraussetzung für die Arbeitsweise hydrodynamischer Lager dar und bewirkt die schwingungsdämpfenden Eigenschaften derartiger Lager.

Im hydrodynamischen Lager Al befindet sich ein engster Spaltbereich 43 zwischen den ringförmigen Flächen 31 und 32, aber da diese Flächen beide gemeinsam umlaufen, findet keine

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Relativbewegung des engsten Spaltbereiches 43 mit Bezug auf die Flächen 31 und 32 statt. Deshalb ergibt sich unter den genannten Bedingungen, bei welchen die Welle 20 eine Orbitalbewegung und eine Umlaufbewegung ausführt, während die Welle stillsteht, im Lager Al keine hydrodynamische Wirkung.

Es ist klar, daß bei umgekehrten Bedingungen, d.h. bei stillstehender Welle 20 und bei eine Orbital- und Umlaufbewegung ausführender Welle 17, das Lager Al tatsächlich als hydrodynamisches Lager wirkt, während das Lager Bl lediglich die exzentrische Lage zwischen dem Lagerlaufring 34 und dem Bauteil 37 ermöglicht. Wenn beide Wellen 17 und 20 umlaufen, wie es in der Praxis der Fall ist, wirkt je nach dem, welche Welle zu einer Unwuchtbewegung neigt, entweder das Lager Al oder das Lager Bl als hydrodynamisches Lager. Selbstverständlich können bei entsprechenden Bedingungen beide Lager Al und Bl gleichzeitig hydrodynamisch wirksam werden.

In den Fig. 2 und 3 ist die Größe der Radialspalte 33 und 41 der deutlicheren Darstellung halber übertrieben groß gezeigt. In der Praxis haben diese Radialspalte eine mittlere Größe von etwa 0,12 mm. Die Konstruktion der hydrodynamischen Lager Al und Bl ist an sich bekannt, beispielsweise aus der GB-PS 937 515· Die in Kombination mit diesen hydro-

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dynamischen Lagern verwendeten Wälzlager können einer beliebigen Wälzlagerbauart angehören. Die hydrodynamischen Lager sind auch als "Schmierkeillager" bekannt.

Zurückkommend auf Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Welle 20 ein langgestrecktes umlaufendes Maschinenteil darstellt, das an seinem einen Ende mittels des Lagers in der feststehenden Konstruktion 22 und an seinem anderen Ende mittels der Lageranordnung 24 auf einem weiteren umlaufenden Maschinenteil, nämlich der Welle 17, gelagert ist. Was die Welle 17 betrifft, so bildet diese ebenfalls ein langgestrecktes umlaufendes Maschinenteil, das an seinen beiden Enden mittels der Lager 18 und 19 in der feststehenden Konstruktion 22 und zwischen seinen beiden Enden durch die Lageranordnung 24 in einem anderen umlaufenden Maschinenteil, nämlich der Welle 20, gelagert ist bzw. dieses lagert.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

(lJ Radiallageranordnung zwischen zwei jeweils relativ zu einer feststehenden Bezugskonstruktion und relativ zueinander drehbaren Maschinenteilen, gekennzeichnet durch zwei jeweils einen inneren und einen äußeren Lagerlaufring aufweisende Wälzlager (A, B), die derart radial zwischen den beiden Maschinenteilen (17, 20) angeordnet sind, daß das radial innere (17) der beiden Maschinenteile mit dem inneren Lagerlaufring (25) des einen Wälzlagers (A) und das radial äußere (20) der beiden Maschinenteile mit dem äußeren Lagerlaufring (35) des anderen Wälzlagers (B) drehfest und ohne radiale Bewegungsmöglichkeit verbunden ist, während das radial äußere Maschinenteil (20) und der äußere Lagerlaufring (26) des einen Wälzlagers (A) sowie das radial innere Maschinenteil (17) und-der innere Lagerlaufring (3²O des anderen Wälzlagers (B) jeweils relativ zueinander radial beweglich angeordnet sind, und ferner gekennzeichnet durch ein zwischen dem radial äußeren Maschinenteil (20) und dem äußeren Lagerlaufring (26) des einen Wälzlagers (A) gebildetes erstes hydrodynamisches Lager (Al) und ein zwischen dem radial inneren Maschinenteil (17) und dem inneren Lagerlaufring (34) des anderen Wälzlagers (B) gebildetes zweites hydrodynamisches Lager (Bl).

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ORIGINAL INSPECTED
2. Radiallageranoranunr, nacn Ansprucn 1, dadurcii gekennzeichnet, daß eines (20) der beiden !".ascninenteile (17, 20) eine Welle ist, die an ihreiu einen Enüe mittels der beiden genannten Liälzla&.er (A₃ B) und der beiden genannten hydrodynarr.is cnen Lager (Al₃ Hl) auf oder in aera jeweils anderen ?^;Iasciiinerite.il (17) und au inren anaeren Ende mittels eines weiteren Wälzlagers (23) in oder auf der feststehenden Bezugs konstruktion (22) gelagert ist.

J5. Radiallageranordnung nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß eines (17) der beiden Maschinenteile (17, 2ü) eine Welle ist, die an einer zwiscnen inren beiden Enden gelegenen Stelle mittels der beiden genannten v/älzlager (A_; B) una der beiden genannten hydrodynaraiscnen Lager (Al₃ Bl) auf oaer in dem jeweils anderen Maschinenteil (20) und an ihren beiden Enden mittels zweier weiterer Wälzlager (l8₃ 19) in oaer auf der feststenenden Bezugskonstruktion (22) gelagert ist.

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