CH315993A - Turbogebläseanlage - Google Patents

Description

      Turbogebläseanlage       Die Erfindung bezieht sieh auf eine Turbo  gebläseanlage, bei welcher Turbinen- und     Ge-          bläserad    fliegend auf einer Welle angeordnet  sind, und welche eine topfförmige     I3ohlwelle     aufweist, an deren Aussenseite das Turbinen  rad und auf deren Mantelteil das     Gebläserad     angeschlossen ist und mit einem die Lager  der Läuferwelle aufnehmenden, in die Topf  welle hineinragenden Rohrträger.  



  Die besonderen baulichen Gegebenheiten  derartiger Triebwerke, verbunden mit ihren  hohen Betriebsdrehzahlen, bedingen fast  immer eine kritische Drehzahl der Welle     irn     Betriebsbereich, und ausserdem besteht die Ge  fahr, dass die Wellenlagerung von der heissen  Turbine her Wärmebeanspruchungen ausge  setzt ist., die insbesondere nach dem Abstellen  der Maschine unzulässig hohe Werte anneh  men können.  



  Aufgabe der Erfindung ist es, den Läufer  von Anlagen der eingangs genannten Art so  aufzubauen, dass die     Wärmeleitung    von der  Turbine in die Lagerung beeinflusst und be  herrscht werden kann.  



  Die Erfindung besteht darin, dass an der  Bodeninnenseite der Topfwelle die Läufer  welle angeschlossen ist, wobei der Querschnitt  des Bodenteils der Topfwelle in Richtung der  Wärmeleitung zum Gebläse hin grösser ist als  der Gesamtquerschnitt der Berührungsstel-         len    zwischen diesem Bodenteil und der Läufer  welle.  



  Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass  die grösste Menge der vom Turbinenrotor ab  gegebenen Wärme an das Gebläse und nur  ein ganz geringer Teil über die     Läuferwelle    zu  deren Lagerstellen durchfliessen kann, wo sie  dann durch entsprechende Anordnung von  Kühlmitteln, z. B.     Durchspülung    von Schmier  öl usw. abgeführt werden kann.  



  Vorteilhaft werden die Berührungsstellen  bzw. die Berührungsflächen des Turbinen  rades mit der Aussenseite des Bodens der  Hohlwelle und gegebenenfalls der Läuferwelle  mit der Innenseite des Bodens so klein wie     mög-.     ].ich gehalten und beschränken sieh vorzugs  weise in Form kleiner Butzen nur auf die  unmittelbare Umgebung der     Befestigungs-    und       Zentrierstellen.     



  Durch die zuletzt genannte zusätzliche  Massnahme wird bewirkt, dass schon die vom  Turbinenrad kommende Wärmemenge klein  gehalten wird.  



  Durch Anordnung zusätzlicher wärmeiso  lierender Körper zwischen der Turbinen  scheibe und der topfförmigen Hohlwelle und  gegebenenfalls auch zwischen der Läuferwelle  und der Innenseite des Wellenbodens kann  der     Wärmefluss    noch verstärkt gedrosselt wer  den.      Ausserdem kann eine Verstärkung des       Wärmesehutzes    der Lagerstellen durch die  Anordnung zusätzlicher, z. B. mit Luft, oder  Öl arbeitender Kühleinrichtungen, vorzugs  weise an der Welle oder an den Lagern selbst  erreicht werden.  



  Durch entsprechende Wahl der     Steifigkeit     eines nachgiebigen Bauelementes, das zwischen  einem steifen Lagerträger und einem Lager  der Läuferwelle angeordnet werden kann,  kann man ferner die kritische Drehzahl des  Rotors so wählen, wie man sie im Einzelfall  benötigt, da die kritische Drehzahl der Welle  in erster Linie von dieser Nachgiebigkeit. ab  hängt.  



  Durch die Anordnung von die     Verformung     des nachgiebigen Bauelementes begrenzenden  Anschlägen, vorzugsweise am Lagerträger,  kann zudem erreicht werden, dass beim Durch  gang durch die kritische Drehzahl die Aus  schläge des nachgiebigen Bauelementes be  grenzt werden. Durch die Abstützung der  Welle auf den genannten Anschlägen wird das  elastische     Stützs7stem    der Welle geändert  und die Resonanz der ursprünglichen Anord  nung gestört.  



  In der beigefügten Zeichnung ist als Aus  führungsbeispiel der Längsschnitt eines Ab  gasturbogebläses dargestellt.  



  Die Läuferwelle 1 der dargestellten Ma  schine ist an ihrem Ende mit einer topfför  migen Hohlwelle 2 verbunden. wobei die Be  rührungsfläche der beiden Teile kleiner ist.  als der für die Wärmeableitung zur Verfügung  stehende Querschnitt des Bodenteils der Hohl  welle. Die topfförmige Hohlwelle 2 ist an der  Aussenseite ihres Bodens mit dem eine Hülse  bildenden     Nabenteil    3a der     Turbinenseheibe     3 mittels     Passstiften    20 und     Sehraubenbolzen     21 verbunden. Durch ihre Formgebung     kaün     die Turbinenscheibe 3     Wärmedehnungen    aus  gleichen.

   Das Schaufelrad 4 des Gebläses ist  auf dem Mantelteil der Topfwelle 2     befestigt..     Die Welle 1 ist in zwei Lagern 5 und 6 ge  lagert. Das Lager 5 ist ein Festlager und in  einer     rohrförmigen    Hülse 7 angeordnet, die  ihrerseits fest im Lagerträger 8 angeordnet.  ist. Die rohrförmige Hülse 7 verläuft von    ihrem im Lagerträger 8     eingespannten    Ende  ab freitragend und nimmt an ihrem andern  Ende das Lager 6 auf. Das dem belasteten  Wellenende zugekehrte Lager 6 ist also ein       Loslager.     



  Die rohrförmige Hülse 7 ist vorteilhaft in  ihrer Längsrichtung zwischen den beiden La  gern 5 und 6 geschlitzt. Je nach Zahl, Länge  und Breite der Schlitze bzw. je nach der  Wandstärke der Hülse 7 ergibt sich eine ganz  bestimmte     Biegesteifigkeit    in radialer Rich  tung. Der steife Lagerträger 8 verläuft im Be  reich der Lager 5 und 6 rohrförmig. Dieser  rohrförmig verlaufende Teil ist mit 8a be  zeichnet und umgibt die rohrförmige Hülse 7,  und zwar zweckmässig mit einem bestimmten  Spiel, so dass im Falle eines Ausschlages des  Lagers 6 bzw. des freien Endes der Hülse 7  dieser Ausschlag durch den koaxial zu ihr ver  laufenden rohrförmigen Teil     8a    des steifen  Lagerträgers begrenzt wird und bei Durch  gang durch die kritische Drehzahl die auf  tretenden Schwingungen gestört werden.

   Die  möglichen Berührungsstellen zwischen der  Hülse 7 und dem Rohrstück     8a    können ausser  dem noch durch entsprechende     Abfräsungen     reduziert werden. Ferner kann man im Be  reich der möglichen Berührungsstellen zwi  schen der Hülse 7 und dem Rohrträger     8a     zweckmässig Ölzuführungen vorsehen, durch  welche Öl zwischen die Hülse 7 und den diese  umhüllenden Teil 8a des Lagerträgers 8 zu  geführt wird, so dass das Anschlagen der Hülse  7 am Träger 8a gedämpft wird. Der Lager  träger 8 besitzt eine     Steifigkeit,    die erheblich  grösser ist. als die der Hülse 7, soweit es die  Stützung des Lagers 6 betrifft.

   Um eine be  sonders hohe     Steifigkeit    zu erreichen, ist der  Lagerträger 8 vorteilhaft als Kegelscheibe aus  gebildet und mit starken Zwischenarmen 9  mit den durchgehenden, steifen Befestigungs  flanschen 10 und 11 verbunden. Die     Befesti-,          gungsarme    9 sind durch den     Zuströmkanal    12  des Gebläses hindurchgeführt und besitzen  vorteilhaft Profilform und können gegebenen  falls sogar als     Vorleitschaufeln    ausgebildet  sein,     uni    der angesaugten Luft z. B. einen  leichten Gegendrall zu erteilen, wodurch sich      die Druckziffer des Kompressors erhöhen und  somit schon bei niedrigeren Drehzahlen der ge  wünschte Druck erreichen lässt.

   Die steife  Kegelscheibe 8 umschliesst den     Ölsammelraum     13 sowie einen besonderen Behälter 14, der  durch eine Ölpumpe 15 dauernd vollgehalten  wird und einen Abfluss über eine Düse in die  hohl ausgebildete Welle 1 hat, von der aus  das Schmieröl in die Lager 5 und 6 austreten  kann, sowie zwecks Kühlung zwischen den  Boden der Hohlwelle 2 und die Welle 1 ge  leitet wird. Die Berührungsstellen zwischen  der Turbinenscheibe 3 und der Hohlwelle 2  sowie zwischen der Läuferwelle 1 und der  Hohlwelle 2 sind     butzenartig    ausgebildet und  so klein wie möglich gehalten und beschränken  sich auf die unmittelbare Umgebung der Pass  stifte 20 und der Schraubenbolzen 21, welche  die Übertragung des Drehmomentes und die  Zentrierung und Befestigung der drei Teile  3, 2 und 1 gegeneinander bewirken.

   Die zwei  fach gelagerte hohle Läuferwelle 1 wird von       Kühlöl    durchspült, welches an dem Flansch  stück zwischen dem Wellenende und der  Innenseite des Bodens der topfförmigen Welle  2 sowie zu den Lagern 5 und 6 nach aussen  austreten kann. Hierdurch wird erreicht, dass  die Läuferwelle 1 durch das Öl während des  Betriebes der Maschine dauernd auf einer  bestimmten Temperatur gehalten wird;

   ausser  dem nimmt der     Gebläserotor    durch seine Be  rührung mit der geförderten Luft eine be  stimmte Temperatur an, die nur sehr wenig  durch die geringe Wärmemenge beeinflusst  wird, welche von der Turbine über deren       Nabenteil        3a    und die Hohlwelle 2 dem     Ge-          bläserotor    zugeführt werden kann. Hierdurch  wird ein Temperaturgleichgewicht erreicht,  welches sich so einstellt, dass sowohl die Läu  ferwelle 1 als auch die Hohlwelle 2 und das  Gebläse 4 keine unzulässigen Temperaturen  annehmen können.

   Nach dem Abstellen der  Maschine wird die von der heissen Turbine ab  gegebene Wärme zunächst die Hohlwelle 2 und  das kalte Gebläse 4 aufheizen, bevor eine  grössere Wärmemenge in die Läuferwelle 1 ein  treten kann, die zur Beschädigung der Lager  5 und 6 führen könnte. Zwecks sicherer Ver-         hinderung    dieser Möglichkeit ist der Ölbehäl  ter 14 vorgesehen, der in Bezug auf die     Ver-    ;  Bindungsstelle der Welle 1 mit der Hohlwelle 2  und die Lager 5 und 6 ein solches Niveau be  sitzt, dass er sich nach dem Abstellen der Ma  schine durch die Bohrung der Welle 1 hin  durch über die drei genannten Stellen entleert,  wodurch die noch gegebenenfalls anfallende  geringe Restwärme durch das ausfliessende Öl  abgeführt wird. Der Ölbehälter 14 wird durch  eine Ölfördereinrichtung, z.

   B. die Pumpe 15,  während des Betriebes der     Aniage    dauernd  voll Öl gehalten, wobei das zuviel geförderte  Öl über den Überlauf 16 in den Ölsumpf     15a     abfliessen kann. Vorteilhaft wird in dem Öl  behälter 14 ein zusätzlicher, von aussen dreh  bar ausgebildeter Behälter 17 angeordnet, der  nach dem Abfliessen des Öls aus dem Haupt  behälter 14 noch gefüllt bleibt. Dieser Be  hälter 17 wird vor oder während des     Anlass-          vorganges    in den Behälter 14 entleert und  versorgt also sofort die angeschlossenen  Schmier- bzw. Kühlstellen mit Schmier- bzw.  Kühlmittel, bis die Ölförderung des normalen       Ölkreislaufes    in Gang gekommen ist.

   Die zen  trale Anordnung des Ölbehälters 14 bzw.     15a     im Mittelteil des Ansaugschachtes 18 des Ge  bläses 4 sorgt für eine ausreichende Rück  kühlung des durchlaufenden Öls.  



  Zwecks weiterer Drosselung des Wärme  überganges von der Turbine an andere Bau  elemente wird vorteilhaft auf der dem Ge  bläse zugewandten Seite der Turbinenscheibe  ein gegen Wärmestrahlung schützender Schirm  22 vorgesehen, der durch     Leckluft    des Ge  bläses, die auf einer oder auf beiden Seiten  des Schirmes entlanggeführt werden kann,  kühlgehalten wird. Bei dem dargestellten  Ausführungsbeispiel wird die bei 23 austre  tende     Leckluft    durch den Spaltraum 24 und  das Labyrinth 25 auf die dem Gebläse zuge  kehrte Seite des Schirmes 22 geführt und  durch den Kanal 26 und über die Gehäuse  trennstel.le 27 nach aussen abgeführt.

   Der  starke Wärmeschutz ist erwünscht, um den       Gebläserotor    möglichst kalt zu halten, damit  er ausreichend viel Wärme aus der Hohlwelle  2 aufnehmen kann, um die Läuferwelle 1 bzw.      deren Lagerstellen gegen schädlichen     Wärme-          einfluss    zu schützen.  



  Bei der beschriebenen     Turbogebläseanlage     werden also nicht nur die gefährlichen Aus  wirkungen kritischer Drehzahlen vermieden,  sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass  sich sowohl während des Betriebes als auch  nach dem Abstellen der Maschine zwischen  Turbine und Gebläse ein     Temperaturgleieh-          gewichtszustand    einstellen kann, der die Tem  peratur der Läuferwelle nur wenig beeinflusst  und so einen wirksamen Temperaturschutz für  die Lagerstellen bildet.  



  Durch Anordnung zusätzlicher wärmeiso  lierender Körper zwischen der Turbinen  scheibe und der topfförmigen Hohlwelle und  gegebenenfalls auch zwischen der Läuferwelle  und der Innenseite des Wellenbodens kann  der     Wärmefluss    noch verstärkt gedrosselt wer  den.  



  Die Erfindung ist nicht auf das darge  stellte Ausführungsbeispiel beschränkt, son  dern kann überall da Verwendung finden, wo  ähnliche Betriebs- und Gestaltungsbedingun  gen vorliegen, z. B. wie bei einem Abgast.urbo  gebläse.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Turbogebläseanlage, bei welcher Turbinen- und Gebläserad fliegend auf einer Welle an geordnet sind, mit einer topfförmigen Hohl welle, an deren Aussenseite das Turbinenrad und auf deren Mantelteil das Gebläserad an geschlossen ist, und mit einem die Lager der Läuferwelle aufnehmenden, in die Topfwelle hineinragenden Rohrträger, dadurch gekenn zeichnet, dass an der Bodeninnenseite der Topfwelle die Läuferwelle angeschlossen ist, wobei der Querschnitt des Bodenteils der Topf welle in Richtung der Wärmeleitung zum Ge bläse hin grösser ist als der Gesamtquerschnitt der Berührungsstellen zwischen diesem Boden teil und der Läuferwelle.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Berührungs flächen des Turbinenrades mit der Aussen seite des Bodens der Hohlwelle und jene der Läuferwelle mit der Innenseite des Bodens sich in Form von Butzen nur auf die unmittelbare Umgebung der Befestigungs- und Zentrie- rungsst.ellen beschränken.

   2. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Turbinenrad und der topf- förmigen Hohlwelle sowie auch zwischen der Läuferwelle und der Innenseite des Hohl- wellenbodens zusätzliche wärmeisolierende Körper angeordnet sind. 3. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass Turbinenrad, topfförmige Hohlwelle, Läuferwelle und Isolierkörper mit tels alle diese Elemente durehdringender Pass stifte und Schrauben verbunden und zentriert sind.

   4. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Kühleinrichtun gen für die Läuferwelle vorgesehen sind. 5. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitskühleinrichtung, bei der wäh rend des Betriebes Kühlmittel in einem Be hälter so gespeichert wird, dass ein Gefälle zwischen dem gespeicherten Kühlmittel und den zu kühlenden Stellen aufrechterhalten wird, und dass sich der Behälter nach dem Abstellen der Maschine über die zu kühlenden Stellen entleert.

   6. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 4 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Kühlmittel Schmier öl ist und dass der Speicherbehälter in der Weise unterteilt ist, dass ein Teil des gespei cherten Schmieröls während des Anlassvor- ganges zur Vorschmierung den Lagerstellen zugeführt. werden kann. 7. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteransprüehen 4 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass in dem Speicherbehälter für das Kühlmittel ein kleiner Behälter vorgesehen ist, der vor dem Anlassen der Maschine von aussen in den Speicherbehälter entleert werden kann.

   B. Turbogebläseanl.age nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Ge- bläse zugewandten Turbinenradseite ein wärme isolierender Sehirm vorgesehen ist. 9. Turbogebläseanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, gekennzeichnet durch ein Kanalsystem, durch welches beim Betrieb der Maschine Leckluft aus dem Gebläse an mindestens einer Seite des wärmeisolierenden Schirmes entlanggeführt wird.

   10. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wel lenlager in einem nachgiebigen Bauelement befestigt ist, das im steifen Lagerträger ab gestützt ist. 11. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteranspruch 10, mit zwei Wel lenlagern, dadurch gekennzeichnet, dass das dem belasteten Wellenende zugekehrte Lager nachgiebig angeordnet ist. 12. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 und 11, da durch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Bauelement aus einem Rohr besteht, dessen eines Ende mit dem Lagerträger fest ver bunden ist, während es im übrigen freitragend verläuft und an seinem freien Ende das eine Wellenlager aufnimmt.

   13. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 bis 12, da durch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Rohr in Längsrichtung verlaufende Schlitze besitzt. 14. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 bis 13, da durch gekennzeichnet, dass das mit dem La gerträger fest verbundene Rohrende das zweite Lager aufnimmt. 15. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 bis 14, da durch gekennzeichnet, dass der Lagerträger als Kegelmantel ausgebildet ist, der- an seinem weiteren Ende mit dem übrigen Gehäuse ver bunden ist.

   16. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 bis 15, da durch gekennzeichnet, dass der Lagerträger über steife, durch den Ansaugkanal des Ge bläses geführte, profilierte Arme, mit einem Hauptbefestigungsflansch der Anlage verbun den ist. 17. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteranspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die Verformung des nach giebigen Bauelementes begrenzende Anschläge vorgesehen sind.

   18. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10 und 17, da durch gekennzeichnet, dass der Lagerträger im Bereich der aufzunehmenden Lager in ein stei fes Rohr ausläuft, welches das nachgiebige Bauelement im Abstand koaxial umgibt und als Anschlag zur Begrenzung von dessen radialen Schwingungen dient.

   19. Turbogebläseanlage nach Patentan spruch und Unteransprüchen 10, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölzufüh- rungsleitung vorgesehen ist, durch welche beim Betrieb Öl zwischen das nachgiebige Bauele ment und den dieses umhüllenden rohrförmi- gen Teil des Lagerträgers an die Stellen ge führt wird, welche bei auftretenden Schwin gungen als Anschlag dienen.