Kraftmaschinenanlage. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Kraft- inasehinenanlage mit zwei miteinander ge- kuppelten Rotorelementen, beispielsweise einem Kompressor- oder -#'iuflade,-ebläselaufrad und einer Turbinenseheibe, einem Wellenkupp- 1-tin#rsel.ement oder einem zweiten Kompressor- laufrad,
untl betrifft speziell die Ausbildung und Kupplung der Rotorelemente. Die vor geschlagene Lösung ist zweckmässig in solchen Fällen anwendbar, in welchen die beiden Ro- toreleinente in äusserst starrer und kräftiger Weise miteinander koaxial verbunden werden müssen, damit ein beträchtliches Drehmoment von einem Rotorelement auf das andere über tragen werden kann, und in denen die beiden Rotorelemente voneinander lösbar sein sollen.
Ein solcher Fall tritt beispielsweise bei einem von einer Gastuirbine getriebenen Auflade- gebläse oder bei einer Gasturbinenanlage auf, in welcher ein Luftkompressor und eine Tur bine unmittelbar miteinander verbunden sind.
In einer Anlage der genannten Art kann es beispielsweise erforderlich sein, dass das Kompressorlaufrad aus Leichtmetall besteht, während die Turbinenseheibe aus Stahl oder aus hitzebeständiger Legierung von hoher Zug festigkeit besteht, welche eine aus einem Stüelz mit ihr gebildete W elle besitzt;
die Verbin dung solcher Eleinente ist ein Konstruktions- probleni von nicht geringer Schwierigkeit in Anbetracht der sehr verschiedenen meehani- sehen und thermisehen Ei--ensehaften der Ma terialien.
Wenn die Kraftmasehinenanlage nach der Erfindung beispielsweise ein Gastur- binenaggregat ist, sei es zum Strahlantrieb von Luftfahrzeugen oder zum Antrieb von Arbeitsmasehinen, ist es beinahe immer erfor derlich, Hilfsmaschinen vom Rotor aus anzu treiben, und umgekehrt den Rotor zum An lauf anzutreiben. Gemäss einer bekannten Ausführung einer derartigen Anlage ist das Laufrad eines Zentrifugalkonipressors aus einem einzigen Schmiedestüek ohne axiale Bohrung hergestellt.
An seinem einen Ende ist mittels Schrauben und eines ringförmigen Flansches ein Wellenstummel befestigt, der in einem Lager abgestützt ist, das zugleich als Traglager und als Drucklager (oder Positions lager) für den gesamten Rotor wirkt. Am andern Ende des Kompressorlaufrades ist<B>in</B> gleicher Weise eine Welle befestigt, welche ein hohles und starres zylindrisches Element darstellt, das innen über einen Teil der Länge der Welle mit axialen Zähnen versehen ist.
Die Turbinenseheibe hat nur auf einer Seite einen mit ihr zusammenhängenden Wellen stummel, der vom zweiten Lager umfasst wird, welches mir ein Traglager ist, und dieser Wel lenstummel ist mit Aussenverzahnung ver sehen, um in die hohle Welle einzugreifen.
Der Wellenstummel durehdringt die hohle Welle und ist mittels einer Schraubenmutter ver riegelt, welche völlig im Innern der Hohlwelle angeordnet ist und deshalb vor der Befesti gung der Hohlwelle am Kompressorlaufrad montiert werden muss. Wenn die Hohlwelle im Zusammenbau mit dem Wellenstumpf<B>f</B> estge- zogen wird, so wird sie axial<B>f</B> estgeklemmt und sichert damit die Lage des innern Laufringes des Wellenstummellagers. Diese Konstruktion hat bedeutende Nachteile;
insbesondere ist ein grosser Arbeitsaufwand zur endgültigen Zu sammenstellung erforderlich,<B>d.</B> h. nach erfolg ter Auswuchtung des Rotors als Ganzes und der nachfolgenden Demontage; es ergibt sich auch die Notwendigkeit bei einer solchen An ordnung, dass wenigstens ein Teil der Gehäuse, welche Kompressorlaufrad und Turbinen scheibe umschliessen, diametral trennbar sein müssen, so dass sie inn den zusammengesetzten Rotor herum montiert werden können.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wer den diese Nachteile dadurch umgangen, dass eines der Rotorelemente eine axiale Bohrung aufweist und mit einer Hohlwelle verbunden ist, welche drehlest mit einer gleiehaehsigen Welle in Eingriff steht, die einen Teil des andern Rotorelementes bildet, wobei diese letztere Welle mittels durch die Bohrung zu- gänglieher Verschraubungsmittel in axialer Richtung gesichert und mit der ersten Welle in Eingriff gehalten wird.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in der beiliegenden Zeich nung dargestellt.
Fig. <B>1</B> zeigt im Teilschnitt und schematisch ein Turbostrahltriebwerk für ein Luftfahr zeug mit der vorgeschlagenen Rotorausbil- dung, wobei überflüssige Teile weggelassen wurden.
Fig. 2 zeigt den Rotor mit den zugeord neten Teilen in grösserem Massstab.
Die als Beispiel dargestellte Maschine be sitzt einen Zentrifugalkompressor mit zwei seitigem Einlass, ein Verbrennungssystem, in welches der gesamte Luftauslass des Kompres- sors geführt wird und in welchem flüssiger Brennstoff verbrannt wird, und eine einstu fige Gasturbine, welche durch die gasförmigen Produkte beaufschlagt wird und den Kom pressor mechanisch treibt. Die die Turbine verlassenden Gase werden durch die Auspuff- leitung einer StrahldÜse zugeführt.
In Fig. <B>1</B> ist das Verbrennangssystein weggelassen; es besitzt eine Anzahl Kammern, welche sym metrisch um die Axe der Maschine angeordnet sind, wobei jede Kammer eine Einlassverbin- dLmg vom Kompressor und eine Auslassverbin- dung zur Turbine aufweist.
In der Zeichnung besitzt das Kompressor- gehäuse <B>1</B> zwei Lufteinlässe lA, 1B. Latten förmige Stützen 2 verbinden das Gehäuse<B>1</B> mit einem vordern Gestell<B>3,</B> welches ein Ge häuse für ein Hilfsgetriebe 4 trägt, und mit einem hintern Gestell<B>5,</B> welches ein Lager gehäuse trägt, in welchem das Turbinenlager angeordnet ist.
An der Peripherie des Gehäu ses<B>1</B> (in der Zeichnung nicht dargestellt) be finden sich eine Serie von Auslässen, welche mittels Leitungen mit den einzelnen Kam mern des Verbrennungssystems verbunden sind, von welchem die Verbrennungsprodukte durch gebogene Leitungen<B>6</B> züm Düsenring<B>7</B> der Turbine geleitet werden, welche eine ein zige Reihe Laufschaufeln<B>8</B> besitzt. Die die Turbine verlassenden Gase strömen durch die Auspuffleitung<B>9.</B>
Die Turbine besitzt eine Scheibe<B>10,</B> welche zusammen mit dem Wellenstummel<B>11</B> aus einem Stück besteht, z. B. aus einem einzigen Schmiedestück. Die Turbinenselleibe ist flie gend angeordnet und ihr Wellenstummel wird von einem Kugellager getragen, welches wie folgt angeordnet ist. Ein äusserer Laufring 12 ist als Teilstück einer Kugel ausgebildet (zür Selbsteinstellung) und im Lagerteil<B>13</B> einge- passt, welcher aussen mit Zähnen versehen ist, damit er längs innen angebrachten Nuten 14 im LagergehKuse <B>15</B> verschiebbar ist, welches im Gestell<B>16</B> angeordnet ist, das mit dem Ge stell<B>5</B> zusammenhängt.
Eine Reihe Kugeln<B>17</B> trägt den innern Laufring<B>18,</B> welcher in einem zylindrischen Teil des Wellenstlimmels <B>11</B> angeordnet ist und axial festgeklemmt wird, wie später erklärt wird. Das Gestell<B>16</B> ist so ausgebildet, dass es eine Serie von Luft kanälen zur Zirkulation von Luft (durch nicht dargestellte Mittel) in der Nachbarschaft des Turbinenlagers aufweist. Der Wellenstumniel <B>11</B> ist mit ein8r Axial- verzahnung 11A versehen und besitzt an sei nem vordern Ende ein Aussengewinde 11B.
Der Wellenstummel<B>11</B> liegt innerhalb einer Hohlwelle 20, welche eine Innenverzahnung aufweist, die mit der Aussenverzahnung 11A kämmt, so dass diese beiden Wellen in trei bender Verbindung miteinander stehen. Das vordere Ende der Hohlwelle ist mit einem Flansch 21 versehen, der Löcher aufweist" durch welche Sehrauben. 22 dringen, welche in Löcher des Kompressorlaufrades <B>23</B> einge schraubt sind. Der Flansell 21 der Hohlwelle 20 besitzt eine Vertiefung 21.A, in welche ein Vorsprung am Laufrad<B>23</B> dringt, -um Konzen- trizität zu gewährleisten.
Innerhalb dieses Endes der Hohlwelle ist eine ringförmige Schulter 24. gebildet, auf welcher eine ring- förinige, axial elastische Unterlagsseheibe <B>25</B> liegt. Diese Unterlagsseheibe ist infolge ihrer Formgebung elastisch und besitzt einen ge rippten oder bal-förmigen Querschnitt -Lind ihre Konstruktion ist derart, dass sie eine be stimmte axiale Belastung ausübt, wenn sie bis zu einem bekannten Grad zusammengepresst wird.
Man sieht, dass dadurch eine Verspan- nunc zwischen dem Wellenstummel<B>11</B> und der Ilohlwelle 20 erhalten wird. Zwischen einer Schulter<B>11C</B> am Wellenstummel und dem hintern Ende der Hohlwelle 20 (durch Verinittluii,- zweier Paekungsringe, die er sichtlich, aber nicht beschrieben sind) wird der innere Kugellaufring festgeklemmt und gehalten.
Das Gewinde 11B ist in Eingriff mit einer Schraubenmutter von spezieller Form. Diese besitzt ein kegelförmiges, mit Innengewinde verselienes Ende<B>26</B> mit Planseh 26-4, welcher zwischen einer Schulter der Hohlwelle 20 und einem eingesetzten Ring liegt. Die Schrauben mutter<B>26</B> ist am Ende einer Hohlwelle 26B gebildet, welche in einer axialen Bohrung des Latifradkörpers <B>23</B> liegt und deren anderes Ende über die vordere Seite des Kompressor- laufrades etwas hervorsteht; diese Welle ist durch eine ringförmige Platte<B>27</B> zentriert.
Das vorstehende Ende der Innenwelle 26B be- sitzt aussen eine Anzahl Zähne<B>26C</B> Die Welle 26B bildet in dieser Weise die Verlängerung <B>'0</B> der Sehraubenniutter <B>26</B> und dient zur Betä tigung derselben.
Die Mutter<B>26,</B> welche nach ihrer Ver- sehraubung die Hohlwelle 20 und den Wellen stummel<B>11</B> in axialer Richtung zusammenhält und die federnde Unterlagsseheibe <B>25</B> zusam- mendrilekt, wodurch der Laufring<B>18</B> des Ku gellagers eingeklemmt wird, dient als einziges Festhaltemittel des Wellenstummels<B>11</B> und der Turbinenseheibe <B>10.</B> Die Turbinenscheibe kann somit dureh Losschrauben der Mutter<B>26</B> gelöst werden,
wobei ihr Flanseh <B>2621</B> sich ge gen einen eingesetzten Ring abstützt und die Turbinenscheibe mit der Welle<B>11</B> aus der Hohlwelle 20 ausstösst.
An der vordern Seite des Kompressor- laufrades <B>9-3</B> ist eine Hohlwelle<B>28</B> in gleicher Weise wie die Hohlwelle 20 befestigt. Diese Hohlwelle wird aussen von einem Trag- und DrLieklager <B>29</B> getragen, welches am vordern Gestell<B>3</B> der Maschine abgestützt ist. Natür- lieh besitzen beide Lager des Rotors geeignete Sehmierungsvorriehtungen, welche keinen Teil der Erfinduny bilden.
<B>C</B> Innerhalb der Bohrun,- der Hohlwelle 28 liegt eine zweite hohle Innen-welle <B>30,</B> deren inneres Ende mit einer Innenverzahnung ver sehen ist, wobei zwei in axialem Abstand be findliche Reihen von Zähnen 30--1, 30B ange ordnet sind, von denen jede mit der Aussen- verzahnun- <B>26C</B> der W elle 26B in Eingriff gebracht werden kann.
Aussen ist die Welle <B>30</B> mit Zähnen<B>30C</B> versehen, welche in Nuten einer Innenverzahnung der Hohlwelle<B>28</B> ein- ,reifen. Die Verzahnungen<B>20.1</B> Lind 30C innen und aussen an der Welle<B>30</B> besitzen vor zugsweise verschiedene Zähnezahlen, damit in möglichst vielen Relutivlagen der Hohlwelle <B>28</B> und der Hohlwelle 26B ein Eingriff der Innenverzahnung<B>30A</B> und der Aussenverzah nung<B>30C</B> der Welle<B>30</B> mit den Verzahnungen der zu kuppelnden Wellen<B>28,</B> 26B möglich ist, ohne dass eine Nachstellung der Hohlwelle 26B und damit eine Änderung der Schraub- verbindting nötig ist,
Das vordere Ende der <B>C C</B> Welle<B>30</B> steht über die Hohlwelle<B>28</B> hervor und ist mit Aussenverzalinung versehen, zum Eingriff in einem Getriebeteil im Hilfsge- triebekasten, um beispielsweise das erste Ritzel eines Reduziergetriebes, wie bei<B>31</B> dargestellt ist, anzutreiben. Beim Zusammenbau der Rotorelemente wird die Hohlwelle<B>30,</B> die eine Verbindungs welle für Getriebeantrieb darstellt, nach vorn gezogen, um die Verzahnungen 30C und<B>30A</B> ausser Eingriff und dafür die Verzahnung 30B mit der Verzahnung 26C in Eingriff zu bringen.
Die Welle<B>30</B> wird dann als Schlüssel benützt zur Drehung der Welle 26B. Nach dem Zusammenbau wird die Welle<B>30</B> in eine Zwischenstellung zurückgestossen, in welcher keine Verzahnung im Eingriff steht, so dass die Welle<B>30</B> frei gedreht werden kann. Durch Verdrehen der Welle<B>30</B> -und eventuell auch Nachstellen der Ilohlwelle 26B wird eine Stel lung gefunden, in welcher beide Verzahnun gen<B>30A</B> und 30C mit ihren Gegenverzahnun- gen in Eingriff treten können.
Dieser neue Eingriff bildet eine zwangläufige Vorriege- lLmg der Welle<B>30</B> und deshalb der Welle 26B mit der Mutter<B>26.</B> Der Zusammenbau des Getriebegehäuses 4 mit der Maschine verhin dert jetzt die axiale Vorwärtsbewegung der Welle<B>30,</B> so dass eine zufällige Lösung nicht möglich ist, ausser bei grösseren Beschädi gungen.
Es ist ersichtlich, dass die Turbinenseheibe in die Maschine eingebaut werden kann, ohne mehr als die Auspuffleitung<B>9</B> und das Ge triebegehäuse 4 ni entfernen. Ausserdein ist es klar, dass das gesamte Turbinenlager zusam men mit der Turbinensc'heibe wegnehmbar ist (durch Herausziehen des Lagerteils<B>13</B> aus den Nuten 14 des Gehäuses<B>15).</B> Eine wichtige Folge davon ist,
dass bei genauer Überein stimmung der Teile während der Herstellung die vollständige Ersetzung der Turbine oder eines Lagers oder die Überprüfung ohne Ent fernung des Kompressorlaufrades durchge führt werden kann. Da die Entfernung des Kompressorlaufrades die Öffnung des Kom- pressorgelläuses erfordert, ist dies von wesent- licher Bedeutung. Es besteht keine Notwendig keit, irgendeinen Teil des Verbrennungs systems zu entfernen mit den luftdichten Ver bindungen usw., um die Turbine zu entfernen oder zu ersetzen.
Die Anordnung von Zähnen am Tragteil des Turbinenlagers besitzt den Vorteil, dass thermische Dehnungen aufgenommen werden können, weil die Zähne seitlich tragen, in Ra- dialrichtung aber Spiel vorhanden ist, und gewährleistet ebenfalls, dass kein axialer Druck an das Turbinenlager übertragen wird. Die Zahnkupphingen an den innern Wellen Lind den Hohlwellen erfordern keine äusserst ge naue axiale Übereinstimmung der Wellen, was den Anbau eines Hilfsgetriebekastens erleich tert.
Es soll nocli betont werden, dass die be schriebene Ausbildung des Rotors auch für Konstruktionen anwendbar ist, in welchen der Wellenstummel<B>11</B> nicht notwendigerweise einen Teil einer Turbinenscheibe bildet; z. B. kann es Fälle geben, in welchen das Kompres- sorlaufrad <B>23</B> mit einem Teil einer Wellen kupplung verbunden werden muss, deren an derer Teil seinerseits mit einer Turbinenseheibe verbunden ist;
in einem solchen Falle kann es ebenfalls zweckmässig sein, den vorgesehla- genen Zusammenbau der Rotoreleinente züi benützen. In diesem Fall bildet der eine Teil der Wellenkupplung das zweite, Rotorelement, welches vom ersten Rotorelement leicht lös bar ist.