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Die
Erfindung betrifft allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere
gegenläufige
Gasturbinentriebwerke.
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Zumindest
ein bekanntes Gasturbinentriebwerk enthält in serieller Flussverbindung
angeordnet eine vordere Gebläseanordnung,
eine hintere Gebläseanordnung,
einen Hochdruckverdichter zur Verdichtung der durch die Turbine
strömenden
Luft, eine Brennkammer zur Mischung eines Treibstoffs mit verdichteter
Luft, so dass das Gemisch gezündet
werden kann, und eine Hochdruckturbine. Der Hochdruckverdichter,
die Brennkammer und die Hochdruckturbine werden manchmal gemeinsam
als das Kerntriebwerk bezeichnet. Im Betrieb erzeugt das Kerntriebwerk
Verbrennungsgase, die stromab einer gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine
ausgestoßen
werden, die ihnen Energie zum Antrieb der vorderen und der hinteren
Gebläseanordnung
entzieht. In zumindest einigen bekannten Gasturbinentriebwerken
rotiert zumindest eine Turbine in eine gegenläufige Richtung als die anderen
rotierenden Komponenten in dem Triebwerk.
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Zumindest
eine bekannte gegenläufig
rotierende Niederdruckturbine weist einen Einlassradius auf, der
größer ist
als der Radius eines Hochdruckturbinenauslasses. Die vergrößerte Größe des Einlassradius
ermöglicht
eine Aufnahme zusätzlicher
Stufen innerhalb der Niederdruckturbine. Insbesondere enthält zumindest
eine bekannte gegenläufig
rotierende Niederdruckturbine eine äußere Turbine, die eine erste
Anzahl von Niederdruckstufen enthält, die mit der vorderen Gebläseanordnung
drehfest gekoppelt sind, und eine innere Turbine, die die gleiche
Anzahl von Stufen aufweist, die mit der hinteren Gebläseanordnung
drehfest gekoppelt sind.
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Während der
Triebwerkmontage werden diese bekannten Gasturbinentriebwerke so
montiert, dass die äußere Turbine
aus dem hinteren Turbinenrahmen auskragt. Insbesondere werden die
Stufen der ersten Anzahl der äußeren Turbine
jeweils miteinander und mit einem umlaufenden Gehäuse verbunden,
während
die äußere Turbine
dann mit dem hinteren Turbinenrahmen unter Verwendung lediglich der
letzten Stufe der äußeren Turbine
so verbunden wird, dass lediglich die letzte Stufe der äußeren Turbine
das Gesamtgewicht des umlaufenden Gehäuses der äußeren Turbine stützt. Um
entsprechend die notwendige strukturelle Formfestigkeit für solche Triebwerke
zu schaffen, ist die letzte Stufe der äußeren Turbine im Allgemeinen
viel größer und
schwerer als die anderen Stufen der äußeren Turbine. An sich können die
im Betrieb mit dem erhöhten
Gewicht und vergrößerter Größe einhergehenden
Leistungsnachteile in der Tat die Vorteile der Verwendung von gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbinen zunichte machen.
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US 6,725,643 beschreibt
ein Hochleistungsgasturbinenenergieerzeugungssystem.
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EP 1 403 485 beschreibt
ein Gasturbinentriebwerk mit einer Niederdruckturbine mit gegenläufig rotierende
Niederdruckinnen- und -außenwellenturbinen.
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Verschiedene
Aspekte und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Gasturbinentriebwerks;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Abschnitts einer beispielhaften gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine;
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3.
eine vergrößerte Ansicht
eines hinteren Abschnitts einer gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine,
die das in 2 gezeigte beispielhafte Folienlager
enthält;
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4 eine
Seitenansicht einer Folienlageranordnung 100, geschnitten
entlang des Schnitts B-B;
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5 eine
Seitenansicht eines beispielhaften Folienlagers;
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6 eine
Querschnittsansicht eines Abschnitts einer gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbine, die ein beispielhaftes Folienlager enthält;
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7 eine
vergrößerte Ansicht
eines vorderen Abschnitts einer gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine,
die das in 6 gezeigte beispielhafte Folienlager
enthält;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
eines hinteren Abschnitts einer gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine, die
das in 6 gezeigte beispielhafte Folienlager enthält;
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9 eine
Querschnittsansicht eines Abschnitts einer gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbine, die ein beispielhaftes Folienlager enthält;
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10 eine
Endansicht des in 9 gezeigten Folienlagers;
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11 eine
schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, das ein beispielhaftes
Folienlager enthält;
und
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12 einen
Abschnitt eines Gasturbinentriebwerks, das das in 11 gezeigte
beispielhafte Folienlager enthält.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines beispielhaften Gasturbinentriebwerks 10,
das eine vordere Gebläseanordnung 12 und
eine hintere Gebläseanordnung 14 enthält, die um
eine in Längsrichtung
ausgerichtete Mittelachse 16 angeordnet sind. Die Begriffe „vordere
Gebläseanordnung" und „hintere
Gebläseanordnung" werden hierin verwendet,
um anzudeuten, dass eines der Gebläse 12 axial stromauf
von dem anderen Gebläse 14 angeschlossen
ist. Wie gezeigt, sind in einer Ausführungsform die Anordnungen 12 und 14 an
einem vorderen Ende des Gasturbinentriebwerks 10 angeordnet.
In einer alternativen Ausführungsform
sind die Gebläseanordnungen 12 und 14 an
einem hinteren Ende des Gasturbinentriebwerks 10 angeordnet. Die
Gebläseanordnungen 12 und 14 beinhalten
jeweils mehrere Reihen von Gebläseschaufeln 19,
die innerhalb einer Gondel 18 angeordnet sind. Die Laufschaufeln 19 sind
mit zugehörigen
Rotorlaufscheiben 21 verbunden, die über eine entsprechende Gebläsewelle 20 mit
der vorderen Gebläseanordnung 12 und über eine
Gebläsewelle 22 mit
der hinteren Gebläseanordnung 14 drehfest
gekoppelt sind.
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Das
Gasturbinentriebwerk 10 enthält ferner ein Kerntriebwerk 24,
das stromab von den Gebläseanordnungen 12 und 14 angeordnet
ist. Das Kerntriebwerk 24 enthält einen Hochdruckverdichter (HDV) 26,
eine Brennkammer 28 und eine Hochdruckturbine (HDT) 30,
die mit dem HDV 26 über
einen Kernrotor oder eine Welle 32 verbunden ist. Im Betrieb
erzeugt das Kerntriebwerk 24 Verbrennungsgase, die stromab
zu einer gegenläufig
rotierenden Niederdruckturbine 34 geleitet werden, die
den Gasen Energie entzieht, um über
ihre jeweiligen Gebläsewellen 20 bzw. 22 die
Gebläseanordnungen 12 und 14 anzutreiben.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbine 34. In der beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Niederdruckturbine 34 ein stationäres Außengehäuse 36, das mit dem
Kerntriebwerk 24 stromab von der (in 1 veranschaulichten)
Hochdruckturbine 30 gekoppelt ist. Die Niederdruckturbine 34 enthält einen
radial äußeren Rotor 38,
der in Bezug auf das Außengehäuse 36 radial
innen angeordnet ist. Der Außenrotor 38 weist
eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Gestalt auf und enthält mehrere
in Umfangsrichtung in Abstand zueinander angeordnete Laufschaufeln 40,
die sich radial nach innen erstrecken. Die Schaufeln 40 sind
in axial voneinander beabstandeten Schaufelreihen oder -stufen 41 angeordnet.
Obwohl die beispielhafte Ausführungsform
lediglich vier Stufen 41 zeigt, sollte es verständlich sein, dass
der Außenrotor 38 eine
beliebige Anzahl von Stufen 41 aufweisen kann, ohne den
Anwendungsbereich des hierin beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
zu beeinträchtigen.
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Die
Niederdruckturbine 34 enthält auch einen radialen inneren
Rotor 42, der im Wesentlichen koaxial zu und radial innen
von dem Außenrotor 38 angeordnet
ist. Der innere Rotor 42 enthält mehrere in Umfangsrichtung
in Abstand zueinander angeordnete Rotorlaufschaufeln 44,
die sich radial nach außen
erstrecken und in axial voneinander beabstandeten Reihen oder Stufen 43 angeordnet
sind. Obwohl die beispielhafte Ausführungsform lediglich fünf Stufen
veranschaulicht, sollte es verständlich
sein, dass der Innenrotor 42 eine beliebige Anzahl von
Stufen aufweisen kann, ohne den Anwendungsbereich des hierin beschriebenen
Verfahrens und der Vorrichtung zu beeinträchtigen.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
sind die sich von den Stufen 43 aus erstreckenden Laufschaufeln 44 des
Innenrotors mit den Laufschaufeln des Innenrotors, die sich von
den Stufen 41 aus erstrecken, derart verschachtelt, dass
sich die Innenrotorstufen 43 zwischen entsprechenden Außenrotorstufen 41 erstrecken.
Die Schaufeln 40 und 44 sind folglich für einen
Gegenumlauf der Rotoren 38 und 42 konfiguriert.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Niederdruckturbine 34 ferner eine Rotorstützanordnung 45,
die einen stationären
ringförmigen hinteren
Rahmen 46 enthält,
der sich hinter den äußeren und
inneren Laufschaufeln 40 und 44 der Niederdruckturbine
befindet. Der Hinterrahmen 46 enthält mehrere in Umfangsrichtung
in Abstand zueinander angeordnete Streben 47, die an ihren äußeren Enden
an ein ringförmiges
Außenband 48,
das mit dem Außengehäuse 36 verbunden
ist, und an ihren inneren Enden an ein ringförmiges Innenband oder eine
innere Nabe angekoppelt sind. Der Hinterrahmen 46 enthält auch
eine ringförmige
nichttragende Strömungspfaderweiterung 50,
die sich radial nach innen erstreckt. In der beispielhaften Ausführungsform
sind die hinteren Streben 47 in Strömungsverbindung mit einem hinteren
Ende der Niederdruckturbine 34 positioniert, um von diesem
die Verbrennungsgase zu empfangen.
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Ein
drehbarer hinterer Rahmen 51 ist hinter den äußeren und
inneren Schaufeln 40 und 44 und stromauf von dem
Hinterrahmen 46 angeordnet. Der Rahmen 51 ist
mit einem hinteren Ende des äußeren Rotors 38 gekoppelt,
um gemeinsam mit diesem umzulaufen und die Schaffung einer zusätzlichen
Festigkeit zum Abstützen
der Schaufeln 40 zu unterstützen. Der Hinterrahmen 51 enthält mehrere
in Umfangsrichtung in Abstand zueinander angeordnete Streben 52,
die mit einem radial äußeren und
einem radial inneren ringförmigen
hinteren Deckband 53 und 54 derart verbunden sind,
dass das innere Hinterband 54 mit einer ringförmigen hinteren
Stützwelle 55 fest
verbunden ist, um mit dieser gemeinsam zu rotieren. Die Welle 55 erstreckt
sich radial innen und stromauf von dem Hinterrahmen 46.
Das äußere und das
innere Deckband 53 bzw. 54 ermöglichen eine Kopplung der in
Umfangsrichtung in Abstand zueinander angeordneten Streben 52 miteinander,
um eine relativ steife Anordnung zu bilden. Entsprechend ermöglicht die
Kombination aus den in Umfangsrichtung in Abstand zueinander angeordneten Streben 52 und
dem äußeren und
inneren Deckband 53 und 54 einen Lastentransfer
von dem äußeren Rotor 38 durch
ein hinteres Fo lienlager 100 zu dem Außengehäuse 36. Das Folienlager 100 kann
die Notwendigkeit einer Lastenübertragung
von dem Außenrotor 38 auf
den hinteren Rahmen 46 über
eine (nicht veranschaulichte) zusätzliche hintere Lager-/Gehäusestruktur
beseitigen.
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Ein
ringförmiger
Mittelrahmen 60 ist stromauf von den äußeren und inneren Schaufeln 40 und 44 angeordnet
und enthält
mehrere in Umfangsrichtung in Abstand zueinander angeordneten vordere
Streben 62, die mit einem radial äußeren Vorderband 64 und
mit einem radial inneren Vorderband 66 gekoppelt sind.
Das innere Vorderband 66 ist auch mit einer Ringwelle 68 verbunden,
die sich in Bezug auf das Band 66 radial innen erstreckt. In der
beispielhaften Ausführungsform
ist der Mittelrahmen 60 der Turbine an das Außengehäuse 36 über das äußere Vorderband 64 starr
gesichert. In der beispielhaften Ausführungsform sind die vorderen
Streben 62 von einer Verkleidung 70 umgeben, die
eine Abschirmung der Streben 62 vor den heißen Verbrennungsgasen,
die durch das Triebwerk 10 strömen, ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform
sind die Streben 62 nicht von einer Verkleidung 70 umschlossen.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
enthält
das Gasturbinentriebwerk 10 mehrere Folienlager 100,
die zwischen dem äußeren Rotor 38 und dem
Gehäuse 36 angeordnet
sind. In einer Ausführungsform
ist eine erste Anzahl von Lagern 102 an einem hinteren
Ende 104 der Niederdruckturbine 34 positioniert,
während
eine zweite Anzahl von Lagern 106 an einem vorderen Ende 108 der
Niederdruckturbine 34 angeordnet ist. Die Folienlager 100 ermöglichen
die Erzielung einer strukturellen Abstützung der Niederdruckturbine 34 während einer
Manöverbelastung.
Genauer gesagt, sind die Folienla ger 100 in Umfangsrichtung
um eine äußere Oberfläche 110 des äußeren Rotors 38 herum
in Abstand zueinander angeordnet, um die Schaffung einer Drehlagerung
für die
Niederdruckturbine 34 zu ermöglichen. Genauer gesagt und
in der beispielhaften Ausführungsform sind
vier Folienlager in Umfangsrichtung ungefähr im gleichen Abstand zueinander
um einen Außenumfang
der Niederdruckturbine 34 herum an dem hinteren Ende 104 angeordnet,
während
vier Folienlager in Umfangsrichtung ungefähr im gleichen Abstand zueinander
um einen Außenumfang
der Niederdruckturbine 34 herum an dem vorderen Ende 108 angeordnet
sind. Dementsprechend ist in der beispielhaften Ausführungsform
ein Gewicht der Niederdruckturbine 34 rings um den Umfang
des Gasturbinentriebwerks 10 an sowohl dem vorderen als
auch dem hinteren Ende 108 bzw. 104 ungefähr gleich
verteilt.
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines hinteren Abschnitts einer gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine 34 mit
einer Folienlageranordnung 100. 4 zeigt
eine Seitenansicht der Folienlageranordnung 100, die entlang
der Ansicht B-B aufgenommen ist. 5 zeigt
eine Seitenansicht eines beispielhaften Folienlagers 101.
In der beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Folienlageranordnung 100 ein Tragelement 122,
das an dem Gehäuse 36 unter
Verwendung mehrerer Befestigungsmittel 124 starr gesichert
und mit dem Folienlager 101 unter Verwendung zumindest
eines Befestigungsmittels 126 drehfest gekoppelt ist.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
enthält
das Lager 101 ein Laufringpaar 130 und zumindest
ein Folienelement 132. Das Laufringpaar 130 enthält einen äußeren Laufring 134 und
einen inneren Laufring 136, der radial innen von dem äußeren Laufring 134 angeordnet
ist. Die Folienele mente 132 erstrecken sich zwischen dem
inneren Laufring 136 und dem äußeren Laufring 134,
und jedes enthält mehrere
nachgiebige Metallfolien 132, von denen jede mit dem äußeren Laufring 134 verbunden
ist, um eine Drehbewegung des inneren Laufrings relativ zu dem äußeren Laufring 136 oder,
wie in dieser Ausführungsform,
eine Drehbewegung des äußeren Laufrings 134 in
Bezug auf den inneren Laufring 136 zu ermöglichen.
In der beispielhaften Ausführungsform
ermöglichen
die Folienlager 101 eine Reduktion der Auswirkungen der
Manöverbelastungen
auf die gegenläufig
rotierende Niederdruckturbine 34, während sie die Spaltsteuerung
und Abdichtung zwischen den Rotoren verbessern. Ferner fördert die Benutzung
von Folienlagern in Gasturbinentriebwerken 10 eine Reduktion
von Herstellungskosten des Gasturbinentriebwerks, da die Folienlager
keine Schmierung erfordern, keine DN-Drehzahlbegrenzung aufweisen,
wobei D als der Durchmesser der Lagerbohrung in Millimeter definiert
ist und N als die Höchstgeschwindigkeit
des Lagers in Umdrehungen pro Minute definiert ist, keine Wartung
erfordern und selbsttätige
hydrodynamische „Float
an Air"-Vorrichtungen
(„in
Luft schwebende” Vorrichtungen)
bilden.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
wird die im Triebwerksbetrieb während
einer Rotation der Niederdruckturbine 34 erzeugte radiale
Kraft auf das Folienlager 101 übertragen. Genauer gesagt,
wenn die Niederdruckturbine 34 rotiert, berührt eine äußere Oberfläche 138 des
Folienlagers 101 eine Außenfläche 139 der Niederdruckturbine 34,
um eine Reduktion der radialen Bewegung der Niederdruckturbine 34 zu
fördern.
Da jedes entsprechende Folienlager 101 mit dem Außengehäuse 36 über das
Tragelement 122 gekoppelt ist, behält die Niederdruckturbine 34 eine
relativ konstante radiale Position bezüglich des Außengehäuses 36 bei.
Genauer gesagt, wenn die Niederdruckturbine 34 im Betrieb
radial nach außen
gedrückt
wird, wird, nachdem das Folienlager 101 an dem Außengehäuse angebracht
ist, eine beliebige radiale Bewegung der Niederdruckturbine 34 auf
das Gehäuse 36 derart
so übertragen, dass
die Niederdruckturbine 34 in einer relativ konstanten radialen
Position bezüglich
des Außengehäuses 36 gehalten
wird.
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbine 34, die eine beispielhafte Folienlageranordnung 200 enthält. 7 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines vorderen Abschnitts der gegenläufig rotierenden Niederdruckturbine 34,
die das Folienlager 200 enthält. 8 zeigt
eine vergrößerte Ansicht eines
hinteren Abschnitts der gegenläufig
rotierenden Niederdruckturbine 34, die das Folienlager 200 enthält.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Niederdruckturbine 34 eine erste Folienlageranordnung 202 an
dem hinteren Ende 104 der Niederdruckturbine. Die Lageranordnung 202 enthält ein Folienlager 204 und
ein Tragelement 206, das an dem Gehäuse 36 unter Verwendung
mehrerer Befestigungsmittel 208 starr gesichert ist. Das
Tragelement 206 ist über
einem Außenumfang
des radialen Außenrotors 38 derart
drehbar angekoppelt, dass das Folienlager 204 den äußeren Rotor 38 radial
begrenzt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
enthält das
Gasturbinentriebwerk 10 eine zweite Folienlageranordnung 210,
die an dem vorderen Ende 108 der Niederdruckturbine angeordnet
ist. In der beispielhaften Ausführungsform
enthält
die Lageranordnung 210 ein Folienlager 212 und
ein Tragelement 214, das an dem Gehäuse 36 unter Verwendung
mehrerer Befestigungsmittel 216 starr gesichert und um
einen Außen- Befestigungsmittel 216 starr
gesichert und um einen Außenumfang
des radialen Außenrotors 38 derart
drehbar angekoppelt ist, dass das Folienlager 212 den äußeren Rotor 38 radial
begrenzt.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
enthalten die Folienlager 204 und 212 jeweils
ein Laufringpaar 230 und zumindest ein Folienelement 232. Das
Laufringpaar 230 enthält
einen äußeren Laufring 234 und
einen inneren Laufring 236, der radial innen von dem äußeren Laufring 234 angeordnet
ist. Die Folienelemente 232 erstrecken sich zwischen dem inneren
Laufring 236 und dem äußeren Laufring 234. Insbesondere
enthält
jedes Folienlager 204 und 212 mehrere nachgiebige
Metallfolien 232, von denen jede entweder mit dem inneren
Laufring 236 und/oder mit dem äußeren Laufring 234 verbunden ist,
um eine Drehbewegung des inneren Laufrings relativ zu dem äußeren Laufring 234 zu
ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform
enthalten die Folienlager 204 und 212 keinen inneren
Laufring 236, wobei stattdessen jedes mehrere nachgiebige
Metallfolien 232 enthält,
die mit dem äußeren Laufring 234 verbunden
und mit dem Gehäuse 36 reibschlüssig gekoppelt
sind. In einer beispielhaften Ausführungsform fördern die
Folienlager 204 und 212 eine Reduktion der Auswirkungen
von Manöverbelastungen
auf die gegenläufig
rotierende Niederdruckturbine 34, während sie auch die Spaltsteuerbarkeit
und Abdichtbarkeit zwischen den Rotoren verbessern. Ferner fördert die
Benutzung von Folienlagern in Gasturbinentriebwerken 10 eine
Reduktion von Herstellungskosten des Gasturbinentriebwerks, da die
Folienlager keine Schmierung erfordern, keine DN-Drehzahlgrenze
aufweisen, keine Wartung erfordern und selbsttätige hydrodynamische „Float
an Air"-Vorrichtungen
bilden.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
wird die im Triebwerksbetrieb während
einer Rotation der Niederdruckturbine 34 erzeugte radiale
Kraft auf die Folienlager 204 und 212 übertragen.
Genauer gesagt, wenn die Niederdruckturbine 34 rotiert,
berührt eine äußere Oberfläche 240 der
Folienlager 204 und 212 eine äußere Oberfläche 244 der Niederdruckturbine 34,
um eine Reduktion der radialen Bewegung der Niederdruckturbine 34 zu
unterstützen.
Da jedes entsprechende Folienlager 204 und 212 mit
dem Außengehäuse 36 über das
Tragelement 206 verbunden sind, wird die Niederdruckturbine 34 in
einer relativ konstanten radialen Position bezüglich des Außengehäuses 36 gehalten.
Genauer gesagt, wenn die Niederdruckturbine 34 im Betrieb
radial nach außen
gedrückt
wird, wird, da die Folienlager 204 und 212 mit
dem Außengehäuse 36 so
verbunden sind, dass zumindest entweder der innere Laufring 236 und/oder
die Metallfolien 232 die äußere Oberfläche der Niederdruckturbine 34 begrenzen,
jede beliebige radiale Bewegung der Niederdruckturbine 34 auf
das Gehäuse 36 so übertragen,
dass die Niederdruckturbine 34 in einer relativ konstanten
radialen Position bezüglich
des Außengehäuses 36 beibehalten
wird.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer gegenläufig rotierenden
Niederdruckturbine 34, die eine beispielhafte Folienlageranordnung 300 enthält. 10 zeigt
eine Endansicht des Folienlagers 300. In der beispielhaften
Ausführungsform
ist das Folienlager 300 ein Differentialfolienlager, das
sich zwischen den Wellen 20 und 22 erstreckt.
Genauer gesagt, enthält
das Folienlager 300 ein erstes oder nach außen gerichtetes
Folienbündel 310,
einen zentrales Laufring 312 und ein zweites oder nach
innen gerichtetes Folienbündel 314.
Im Betrieb ermöglicht
das Folienlager 300 eine Reduktion von Wellendurchbiegungen zwischen
den Wellen 20 und 22, die auftreten können, wenn
ein Gasturbinentriebwerk 10 während Manöverbelastungen arbeitet.
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In
der beispielhaften Ausführungsform
fördert
das Folienlager 300 eine Reduktion der Auswirkungen von
Manöverbelastungen
auf die gegenläufig rotierende
Niederdruckturbine 34, während sie auch die Spaltsteuerung
und Abdichtung zwischen den Rotoren verbessern. Ferner ermöglicht die
Benutzung von Folienlagern in dem Gasturbinentriebwerk 10 eine
Reduktion von Herstellungskosten des Gasturbinentriebwerks, da die
Folienlager keine Schmierung erfordern, keine DN-Drehzahlgrenze
aufweisen, keine Wartung erfordern und selbsttätige hydrodynamische „Float
an Air"-Vorrichtungen
darstellen.
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11 zeigt
eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10,
das zumindest ein einzelnes Folienlager 400 enthält. 12 veranschaulicht
einen Abschnitt des Gasturbinentriebwerks, das das Folienlager 400 enthält. In einer
Ausführungsform
ist die Hochdruckturbine 30 mit einem Hochdruckturbinenstützring 410 verbunden,
der durch einen Träger 414 mit
einer Düsenanordnung 412 einer
Niederdruckturbinenstufe 1 drehfest gekoppelt ist. Das
Folienlager 400 erstreckt sich zwischen dem Träger 414 und
dem Hochdruckturbinenstützring 410.
Genauer gesagt, weist das Folienlager 400 einen Innendurchmesser
und/oder eine Weite 420 auf, der/die gezielt bemessen ist,
um dem Folienlager 400 zu ermöglichen, einen Außenumfang
des Hochdruckturbinenstützrings 410 zu
begrenzen. Entsprechend ermöglicht
das Lager 400 die Schaffung einer Stütze für die Hochdruckturbine 30.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Hochdruckturbine 30 mit einem Hochdruckturbinenstützring 410 gekoppelt,
der über
den Träger 414 mit dem
Turbinenmittelrahmen 60 drehfest verbunden ist. Das Folienlager 400 erstreckt
sich zwischen dem Träger 414 und
dem Hochdruckturbinenstützring 410.
Genauer gesagt, weist das Folienlager 400 einen Innendurchmesser
und/oder eine Weite 420 auf, der/die gezielt derart bemessen
ist, das das Folienlager 400 einen Außenbereich des Hochdruckturbinenstützrings 410 begrenzt
und somit die Erzielung einer Abstützung für die Hochdruckturbine 30 erleichtert.
In einer weiteren Ausführungsform
ist jedes entsprechende Rollenlager innerhalb der Gasturbine 10 durch
ein Folienlager ersetzt.
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Die
oben beschriebenen Folienlagersysteme stellen ein kosteneffizientes
und höchstzuverlässiges Verfahren
zur Verbesserung der Spaltsteuerung eines gegenläufig rotierenden Niederdruckturbinenrotors
dar. Darüber
hinaus können
Manöverbelastungen
aufgrund der Größe des gegenläufig rotierenden Niederdruckturbinenrotors
den Betrieb des Gasturbinentriebwerks beeinträchtigen. Die Herstellung eines Gasturbinentriebwerks,
das Folienlager enthält,
fördert
entsprechend eine Reduktion der Auswirkungen der Manöverbelastungen
auf die gegenläufig
rotierende Niederdruckturbine 34, und zwar bei gleichzeitiger
Verbesserung der Spaltsteuerung und Abdichtung zwischen den Rotoren.
Ferner erleichtert die Benutzung von Folienlagern in dem Gasturbinentriebwerk
eine Reduktion der Herstellungskosten des Gasturbinentriebwerks,
da die Folienlager keine Schmierung erfordern, keine DN-Drehzahlgrenze aufweisen,
wobei D als der Durchmesser der Lagerbohrung in Millimeter definiert
ist, während
N als die Höchstdrehzahl
des Lagers in Umdrehungen pro Minute definiert ist, keine Wartung
erfordern und sich selbsttätige
hydrodynamische „Flogt
an Air"-Vorrichtungen
darstellen.
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Zusätzlich können Folienlager
verwendet werden, um vorhandene konventionelle Öllager unter Manöverbelastungen
zu ergänzen
und/oder um den Bedarf an Schmieröl, Rücklauf, Ablaufsystemen sowie
Sumpfdruckregelung und Entlüftung
quer durch das gegenläufig
rotierende Niederdruckturbinenmodul zu eliminieren. Wenn Folienlager
in einem Gasturbinentriebwerk verwendet werden, das eine gegenläufig rotierende
Turbine aufweist, werden sowohl konventionelle als auch differentielle
Lager eliminiert. Das Verfahren und das System, wie sie hierin beschrieben
sind, erleichtern ferner die Stützung
der drei Rotoren enthaltenden Konstruktion, indem sie zwei Hauptrahmen
verwenden und den Bedarf an einem herkömmlichen Turbinenhinterrahmen
eliminieren und auf diese Weise eine Rotorabstützung unter allen Bedingungen
bei gleichzeitiger Reduktion des Systemgewichts, der Kosten und
der Komplexität
optimieren.
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Beispielhafte
Ausführungsformen
von Gasturbinensystemen sind oben detailliert beschrieben. Die Gasturbinensysteme
sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen
beschränkt;
vielmehr können
Komponenten der Systeme unabhängig
und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten verwendet
werden. Jede Gasströmungspfadkomponente
kann auch in Kombination mit anderen Gaspfadkomponenten verwendet
werden.