Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

Diskutiere Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan im Luftfahrzeugtechnik u. Ausrüstung Forum im Bereich Grundlagen, Navigation u. Technik; Da ich nichts zu dem Thema gefunden habe, stelle ich die Fragen hier mal rein. Da ich Teilkonstrukteur bin, habe ich natürlich auch mit Lagern...

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  1. #1 Wetterfrosch, 26.12.2013
    Zuletzt bearbeitet: 26.12.2013
    Wetterfrosch

    Wetterfrosch Berufspilot

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    Da ich nichts zu dem Thema gefunden habe, stelle ich die Fragen hier mal rein.

    Da ich Teilkonstrukteur bin, habe ich natürlich auch mit Lagern aller Art zu tun. Und Wälzlager, die ja in auch den Flugzurbinen verwendet werden, haben je mach Durchmesser eine bestimmte Maximaldrehzahl (FAG-Tabellenbuch für Einsatzparameter Wälzlager!). Und wenn sie überschritten wird, können Kugeln/Rollen nicht mehr folgen und es beginnt das Skidding (Damit hatten wir auch die liebe Not bei den überdimensionieren einfachen Rillenkugellagern an der Kurbelwelle des Motors M503/4 (ca. 6000 rpm) der SIMSON S-51, mit zu großem Lagerspiel nach schon 5000 km Laufleistung -----> Schleifende Magnetschwungscheibe -----> Ausfall der Geberspule für den Elektronikzünder...war super, man blieb gründlich(!) liegen!))

    Nun bei den Triebwerken werden aber weit größere Wälzlager verwendet. Wie wird dabei Skidding verhindert? Ich denke mit Vorspannung, wie bei unseren CNC-Maschinen?) Nun werden aber wegen der Wärmeausdehnung der Turbinenwellen auch Loslager in Form von Rollenlagern eingebaut, die sich nicht vorspannen lassen. Ich kann mir schlecht vorstellen, wie das bei den hohen Drehzahlen funktionieren soll. Die Turbinen dürfen ja nicht das geringste Lagerspiel haben.

    Und zur Abdichtung: Bei den modernen CNC-Drehmaschinen wird Druckluft (Sperrluft) zum Abdichten benutzt. Das Gleiche auch bei Turbinentriebwerken? Übliche Wellendichtringe würden ja überhitzt und zerstört. Ich habe auch mal was von Kohlering-Dichtungen gelesen (Triebwerk der IL-18 (Turbine-Getriebe))

    Also wie wird das Problem technisch bei den Turbofans und erst recht bei den Turbojets der Jagdflugzeuge gelöst? :)
     
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  3. #2 Taliesin, 26.12.2013
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Ich hatte zu dem Thema eine (leider von allen Seiten etwas stiefmütterlich behandelte) Vorlesung. Ich kann dir dazu direkt sagen, dass Sperrluft auf jeden Fall angewandt wurde, ob das heute veraltet ist oder vom Einsatzbereich eingeschränkt war/ist weiss ich spontan nicht.
    Eine weitere, relativ aktuelle Geschichte bei Dichtungen in Triebwerken sind Bürstendichtungen. Hört sich erstmal komisch an, hat aber gegenüber den klassischen Lamellen und was es da so gibt einige Vorteile. Ich kann mal in meinen Unterlagen gucken, wird aber sicherlich noch knapp 2 Wochen dauern, bin gerade auf Heimaturlaub.
     
  4. #3 Wetterfrosch, 27.12.2013
    Zuletzt bearbeitet: 27.12.2013
    Wetterfrosch

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Danke!
    Ja ich weiß was Bürstendichtungen sind. Ebenso kenne ich Labyrinth- und Messerkantendichtungen. Beide auch mit Sperrluft.
    Du hast aber das Skidding-Problem nicht erwähnt. Das war die Hauptfrage, was ich gern wüsste! :) Oder kommt das noch? Ist aber ansich schon wunderbar, wie robust die Motoren sind, trotz der hohen Schaufelbelastungen.

    Ich bin zwar vielseitig interessiert, aber bei Flugzeugen ziemlicher "Newbie", der sich aber nicht schämt, zu fragen. *Däumchen*

    Viele Grüße vom Chemnitzer, und allen Guten Rutsch ins neue Jahr! (Bitte aber OHNE Fanblade Failure!) :cool::wink:

    Nachtrag: Google ---- > MTU-Homepage; http://www.mtu.de/de/products_services/brush_seals/index.html

    In der Tat sind die Bürstendichtungen der Stand der Technik. Aber dass sie so gut abdichten, auch bei hohen Drücken, war mir nicht bekannt.
     
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  5. #4 Taliesin, 27.12.2013
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Skidding in Kugellagern sagt mir so spontan nichts, aber ich gucke gerne nach.
     
  6. cool

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Moin,

    du hattest ja schon mal gefragt, schon wieder alles vergessen:wink: ? Die Beispiele blieben ja die gleichen, ausser das die Skidding nun auch ein Begriff ist:

    http://www.flugzeugforum.de/threads/59350-Turbinenlager-Aufbau-Schmierung-Dichtung


    Die Festlager werden nicht vorgespannt, zumindest nicht mechanisch, das geschieht im Betrieb automatisch. Ein Ge90-Fan produziert wahrscheinlich 50t Schub welche über die Festlager in die Struktur geleitet werden.
     
  7. Air

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Dazu als Ergänzung: Das Rolls-Royce Tyne Mk. 21/22 verwendet Sperrluft, in diesem Falle begrenzt diese Abdichtung sogar die maximale Flughöhe: Ab 30.000 ft reicht der vom Kompressor aufgebaute Sperrluftdruck nicht mehr, um das Triebwerk abzudichten, weshalb die Gipfelhöhe bei den mit Tyne ausgestatteten Flugzeugen zumindest in Deutschland in dieser Höhe lag (Breguet Atlantic) bzw. liegt (Transall C-160). Allerdings ist dieses Triebwerk auch schon uralt.
     
  8. #7 Acanthurus, 27.12.2013
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Uns wurde damals (mitte der 90er) in den TW-Vorlesungen so einiges über Labyrinth-Dichtungen erzählt, wobei es da oftmals schwer zu trennen war, was aus reiner "Turbomaschinerei" einschl. Kraftwerksturbinen und was wirklich aus Flugtriebwerken kam.
    Zudem wurden diverse Methoden besprochen, wie die Axiallasten "aus den Lagern" genommen wurden - das meiste eben über "schlaue" Druckluftbeaufschlagung an entsprechenden Ausgleichsflächen (Läuferscheibe) der rotierenden Teile.

    gruß
    a.p.
     
  9. #8 Wetterfrosch, 27.12.2013
    Zuletzt bearbeitet: 27.12.2013
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Au wei... Also doch Doppelpost. Ich hatte einfach vergessen, das schon mal angeschnitten zu haben, und nicht wieder gefunden. Kopf wie Sieb halt. :headscratch::wink:
    Der Fan zieht nach vorn, ist im Prinzip ja ein Propeller und erzeugt den Hauptvortrieb. Das war schon klar. Die Kraft ist da, sobald die Maschine in Betrieb ist.

    Aber wie regelt sich das bei den Rollenlagern? Im andern Thread wurde geantwortet, dass die Lager "oval" seien, um das Gleiten zu verhindern. Wie ist das zu verstehen?

    @Taliesin: Also "Skidding" tritt auf, wenn Wälzlager eine bestimmte Maximaldrehzahl, die für jedes Lager spezifisch ist, überschreiten. Dann können die Wälzkörper dem Außen- oder Innenring nicht mehr 100% folgen und beginnen zu gleiten, verbunden mit stark erhöhtem Verschleiß.
    Daher bringt Überdimensionierung von Lagern (Wie leider auch bei dem Kurbelwellenlagern des Mokicks Smson S-51...) keine Vorteile.

    Überhaupt würde ich so ein Triebwerk gern mal aus der Nähe besichtigen, am besten als aufgeschnittenes Schaumodell oder auch demontiert.

    Das RR Tyne kenne ich ja von der Transall. Eine hat im Frühling auf der Flugschau in Altenburg-Nobitz gestanden, mit geöffnener Triebwerksverkleidung. Eines der stärksten Turboprops, die gebaut wurden. Nur noch übertroffen von den gewaltigen Koaxial-Propellerturbinen der TU-114. (Bisschen OT: Propellerdurchmesser 5,20 Meter! Von dem Lärm will ich lieber gar nicht reden, obwohl ich seit 1980 gehörlos bin. Nehme Lärm und auch Diskomusik aber gut mit dem Körper wahr, und gehe auch tanzen!:) )
     
  10. cool

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Das nennt sich dann "Balance Air", dabei wurden vor und nach bestimmten (meist) Turbinenscheiben unterschiedliche Drücke angelegt um eben genau diese auftretenden Kräfte schon "innerhalb" der Turbine zu neutralisieren. Aber da habe ich auch irgendwo nen Bild zu, ich muss nur mal suchen gehen.

    Tut mir leid, ich habe da keiner weiteren Infos zu, auch in den Unterlagen die ich habe, steht da wohl nichts drinnen, aber ich kann da nochmal nachschauen gehen. Das "Problem" ist mir aber auch so nicht bei den Rollenlagerm bekannt, was ja aber nicht heißen muss, dass es sowas nicht gibt.

    Das deutsche Museum in München ist da einen Besuch wert, die haben viel so Zeug, auch aufgeschnitten, überhaupt sehr gut für Technik-Begeisterte, kann ich also nur empfehlen.
    Das NK-12 ist doch eigentlich das stärkste Turboprop der Welt, oder nicht?
     
  11. #10 Wetterfrosch, 27.12.2013
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    OT: Ja das NK-12 ist mit rund 12000 PS(!) der stärkste Turboprop, der jemals gebaut wurde. Die TU-114 flog beinahe schon so schnell wie ein Jet. Also um die 750 km/h, was transsonische Strömungen am Propeller bedingt haben dürfte.

    Nachtrag: Das NK-12 der TU-114 hatte sogar über 14000 PS, wie ich im Wiki grad lese. OO
     
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  12. #11 Wetterfrosch, 04.01.2014
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    Na Holla die Waldfee!

    Ein Aussage kräftiges Video zum Schmiersystem der Turbinen! Hier sieht man schon einiges deutlicher. :)

    http://www.youtube.com/watch?v=WAia8PwMvQM
     
  13. cool

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Nichts neues aber sehr schön in Bilder gepackt und eingänglich erklärt. :TOP:
     
  14. #13 Tomcat1988, 08.01.2014
    Zuletzt bearbeitet: 08.01.2014
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Also Grundsätzlich stellt eine Triebwerkswelle ja zwangsläufig eine Verbindung aus Fest- und Loslager dar. Das bewegliche Rollenlager dient wie du schon richtig vermutet hast dazu, die temperaturbedingte Längenausdehnung zu ermöglichen (--> Aufnahme der Umfangslast).

    Die erwähnten Carbon Seals sind normal nur eingesetzt bei den Geräteantrieben (TGB; AGB). Die entsprechenden Lagersümpfe bzw. Lager sind von Labyrinthdichtungen inkl. Sperrrluft abgedichtet (--> aufgrund der Drehzahlen und der schweren Zugänglichkeit also unbedingt nichtschleifend ausgelegt) oder durch neuere Bürstendichtungen, in beiden Fällen wird Luft benötigt. Low- und High Pressure Recoup (Leckluft) wird dabei wiederholt dem Primary Airflow zugeführt - praktisch eine Kurbelgehäuseentlüftung :-) --> selbes gilt für den parasitic Airflow.

    Deine Frage zur Auslegung des Lagers verstehe ich nicht ganz. Bei der Lagerkonstruktion kommt es auf diverse Faktoren an wie Größe, Bauform, Belastung, Umlaufverhältnisse, axiale Verschiebemöglichkeiten etc. das ganze ist individuell konstruiert und erprobt. Aus den gewählten Lagerpassungen ergibt sich daraus ein zylindrischer Pressverband (--> gesichert) - je nach Belastungsfall.
     
  15. #14 Wetterfrosch, 08.01.2014
    Wetterfrosch

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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Danke!

    Komme grads von Spätschicht, daher "zur Unzeit" postend.:)

    Nun denn , langsam komme ich dahinter. Dass Dichtungen bei höhen Drehzahlen nichtschleifend sind und Sperrluft benutzt wird, kenne ich ja von schnell drehenden CNC-Dreh- und Schleifmaschinen. Hier braucht man auch keine Dichtungen zu wechseln, da es keine Reibung gibt.

    Auf Grund eigener Recherche werden aber fast nur noch Bürstenringe eingesetzt. Da diese aber wohl wieder schleifend ausgeführt sind, dürfte ab und an ein Auswechseln anstehen.

    Mit demj Lagerskidding brauche ich eigentlich nichts mehr fragen. Fakt ist, dass die Lager so funktionieren, wie sie sollen. (Am Moped lag die Ursache darin, dass die KW-Lager als normale Rillenkugellager ausgeführt waren. Und in der Annahme, damit die Lagerstandzeit zu erhöhen, wurden diese überdimensioniert! Aber gerade dadurch trat auf der Lichtmaschinenseite dann "Schlupf" auf - Lagerspiel schon nach 5000 km! Genau das war auch der Anlass meiner Fragen zu den Turbinenlagern!) :wink:

    Nun mir fängt die Sache an,Spaß zu machen, und ich "nerv'" Euch jetzt gleich weiter! :-P :)

    *** Noch eine sicher wichtige Frage: In welche Richtung drehen sich die Wellen N1/N2/N3? Der Fan ist rechtsdrehend wie ein Propeller, wie ich ja schon gesehen habe.
    *** Und noch was: Bei der TRANSALL, die ich auf der Flugschau in Altenburg-Nobitz gesehen habe, stand unter der offenen Motorgondel eine Auffangschale in der sich ziemlich viel Turbinenöl befand! Leckt so ein Triebwirk wirklich so deutlich? Scheint nur bei Stillstand abzutropfen und in der geschlossenen Motorverkleidung irgendwie aufgefangern zu werden.
    *** Das Turbinenöl hat eine recht schöne orangene Farbe. Wird das nur eingefärbt oder/und sind spezielle Additive enthalten?
     
  16. #15 Tomcat1988, 09.01.2014
    Zuletzt bearbeitet: 09.01.2014
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    1. Jede Welle dreht sich in eine Gleiche Richtung, denn die Wellen Verbinden ja Turbine und Kompressor - sind gekoppelt. Ausnahme bilden die neuen "Getriebefans" hier hat die Turbine eine höhere Drehzahl als der Fan um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Soweit ich weis kommt ein entkoppeltes Planetengetriebe zum Einsatz - drehen aber auch in die selbe Richtung.

    2. Also was man Grundsätzlich sagen kann ist, dass Triebwerke insbesondere beim Startvorgang und Abschalten sowie bei schnellen Lastwechseln einen erhöhten Ölverlust aufweisen, da hier die Labyrinthdichtungen nicht druckbelüftet sind oder ein hoher Differenzdruck vorhanden ist. Was aber in dem speziellen Fall jetzt war, kann ich dir nicht sagen :-) - zum Glück ^^

    3. Zu den Ölen - Vollsynthetisch aus Esterverbindungen ca. 96% und 4% Additiven - woher die Farbe genau herkommt, dass kann ich dir leider nicht sagen. Mal einen Chemiker fragen :-)

    Hoffe das ist einigermaßen richtig - bitte berichtigen falls ich falsch liege
     
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    AW: Lagerung/Abdichtung der Wellen im Turbofan

    Die kommen in der Tat auch in den Lagersümpfen selbst vor, werden auch durch Sperrluft druckbeaufschlagt und teilweise werden sogar die Laufflächen geschmiert. P&W macht sowas gerne, ganz gängig beim PW4000. Der Vorteil ist der geringere "Sperrluftverbrauch", also weniger Verluste hier, leider sind die Carbon-Seals aber nur gut, wenn sie wirklich makellos sind.

    CF6-Schrauber :) Mir fällt nämlich auf die schnelle kein anderer Motor ein, der ein Recoup-System besitzt.


    Zu den Fragen:

    1. Je nach Hersteller, die Britten lassen ihre Motoren anders rum drehen, dort dreht die N1 links rum. Bei GE/PW und irgendwelchen Derivaten dreht die N1 wie üblich im Uhrzeigersinn.
    Die anderen Wellen drehen dann üblicherweise in die gleiche Richtung. Bei Fans ist das Trent900/1000 eine Ausnahme, dort dreht die N3 entgegengesetzt den anderen Wellen, damit kann man sich dann (unter anderem) eine Stufe Statoren sparen.

    2. Das kommt drauf an, TW sind ja auch nur "Maschinen", da kann das auch mal etwas leck sein, generell "schlimm" ist das noch nicht, kommt immer auf den Zustand an. Oftmals werden die TW auch im Betrieb wieder dicht, wenn die entsprechenden Systeme Luft wie Öldruck aufbauen, das sieht dann nur im Stand schlimm aus.
    Wenn ein TW aber "neu" ist, dann sind die idR auch trocken. Es gibt aber Motoren die sind da auch bekannt für, dass die mit der Zeit ein wenig "nässen", meist an bestimmten Stellen. Böse Zungen behaupten, wenn ein Rolls Royce TW nicht ölt, kann es nur daran liegen, dass kein Öl mehr drin ist :D

    3. Ich glaube das sind Antioxidansien die saure Rückstände im Öl binden sollen.
     
  19. #17 Wetterfrosch, 27.04.2014
    Zuletzt bearbeitet: 27.04.2014
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    Will mich auch wieder mal hier melden! Gibts neues Interessantes hier?

    Und auf dem Video hier sieht man aber bei dem Zweiwellen-Motor deutlich, dass sich N1 (Fan, Niederdruckverdichter/-turbine) rechts herum dreht, N2 mit Hochdruckverdichter/-turbine) aber links herum. Wird auch ausdrücklich durch blaue Pfeile dargestellt!

    Auf jeden Fall sind die modernen TW ein auch sehr ästhetischer Anblick! :cool:

    http://www.youtube.com/watch?v=zy4A-z2WKhw&hd=1
     
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