DE1296876B - Als OElsumpf ausgebildeter Lagertragrahmen eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen als Ölsumpf ausgebildeten Lagertragrahmen eines Gasturbinentriebwerks, der an seinen beiden Seitenwänden je ein Lager für die fliegend angeordnete, Verdichter- und Turbinenräder tragende Welle sowie je eine Außendichtung aufweist, durch die dem Ölsumpf eine begrenzte Menge von dem Verdichter entnommener Druckluft zugeführt wird, während eine abgezweigte Luftmenge zwecks Kühlung an die benachbarte Seite des Turbinenrads geleitet wird.
• Es ist bereits eine Vorrichtung zur Vermeidung von Schmiermittelverlusten bei Abgasturboladern bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung sind die Laufräder auf einer Welle montiert, die zwischen den Laufrädern in zwei im Abstand voneinander angeordneten Kugellagern, gelagert ist. Die Kugellager sind von einem Gehäuse umgeben, welches einen Ölsumpf bildet. Hierbei tritt Druckluft aus dem Lager durch einen Kanal hindurch und wird um das Sumpfgehäuse herumgeführt und dann gegen das Turbinenlaufrad geleitet, um dieses zu kühlen. Ein Teil dieser Luft wird aus dem Kanal in einen anderen Kanal abgezweigt und gelangt in einen sogenannten Sperrluftraum. Aus diesem und auch aus einem Sperrluftraum, der auf der anderen Seite der Lager liegt, kann die Druckluft in den Ölsumpf hineingelangen, und aus dem Ölsumpf kann diese Druckluft aus einer Entlüftungsbohrung abgesaugt werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der abgezapften Luft nicht nur den Ölsumpf abzudichten, sondern auch mit dieser Abdichtungs- oder Sperrluft die Läuferwelle zu kühlen.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Luftzufuhr zum Ölsumpf am Lager des Turbinenrades und zum letzteren durch eine etwa in der Mitte der zugehörigen Dichtung angebrachte Öffnung sowie über eine Öffnung, einen Ringkanal und eine Bohrung zwischen Verdichterrad und zugehöriger Dichtung, die sämtlich in der Welle angebracht sind, erfolgt.
• In vorteilhafter Weise wird also Druckluft in einen Sumpf durch eine Dichtung an einem Ende eingeführt und durch die zweite Dichtung am anderen Ende, und zwar über einen Ringkanal in der Welle. Es wird verhindert, daß aus beiden Dichtungen Druckluft austritt, und die zur zweiten Dichtung geleitete Luft kann weitere Kühlungsaufgaben erfüllen, wie beispielsweise die Wellen oder Wellenabschnitte selbst kühlen und weiterhin das Turbinenlaufrad kühlen.
• Mit Vorteil kann jeder an der Welle zwischen Dichtung und Lager in an sich bekannter Weise angeordnete Schleuderring sich radial über die Wälzkörper hinaus erstrecken, um sie gegen direkten Luftaufprall abzuschirmen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 die teilweise geschnittene Ansicht eines vollständigen Triebwerks, in der die erfindungsgemäße Anordnung mit voll ausgezogenen Linien und der übrige Teil in strichpunktierten Linien dargestellt ist, und F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der erfindungsgemäßen Anordnung.
• In der Zeichnung ist ein typisches Kleingasturbinentriebwerk mit Abtriebswelle dargestellt, das sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung betriebsfähig ist. Dieses Triebwerk weist ein Getriebegehäuse10 und einett _ Verdichterabschnitt 11 auf, dessen Auslaß zu einer Gegenstrom-Brennkammer 12 führt, die eine Kraftstoffeinspritzdüse 13 und eine nicht dargestellte Zündvorrichtung aufweist. Die im Brennraum 14 entstehenden Verbrennungsgase strömen nach vorn durch eine Turbine 15 und durch einen Auslaß 16 ab, von wo sie über Bord abgeblasen oder zur weiteren Verwendung irgendwo anders hingeführt werden. Am Getriebegehäuse 10 ist ein Kraftabtrieb 17 vorgesehen.
• Der mit 'ausgezogenen Linien in F i g. 1 und im einzelnen in F i g. 2 dargestellte Triebwerkrahmen 18 trägt ein sowohl die Axial- als auch die Radialbelastung aufnehmendes Lager 19 und mittels eines an einem Ende an ihm fliegend angeschlossenen Tragglieds 21 im Abstand ein Radiallager 20. Diese Teile und die Triebwerkhohlwelle 23 begrenzen einen Ringraum 22, der den Ölsumpf der Lageranordnung bildet. Die Hohlwelle 23 trägt an einem Ende außerhalb des Rahmens ein Verdichterrad 24 und am entgegengesetzten Ende ein Turbinenrad 25. Die genannteii.Teile werden von einem durchgehenden hohlen Bolzen 26 mittels einer Mutter 27 und am anderen Ende mittels irgendeiner passenden Einrichtung zusammengespannt. Der Bolzen kann mittels eines passenden- Propfens 28 am Turbinenende verschlossen sein. Zwischen der Welle und dem Bolzen wird ein Ringkanal 29 gebildet.
• Zwischen dem Lager 19 und dem Verdichterrad 24 ist ein Dichtungsglied, -z. B. eine Labyrinthdichtung 30, vorgesehen, das sich mit der Welle 23 dreht. Zwischen dem Lager 20 und der Turbine 25 befindet sich ein Dichtungsglied 31: Diese beiden Dichtungsglieder bilden auch einen Teil der seitlichen Begrenzungswände des Sumpfs 22.
• Um einen Ölverlust aus dem Sumpf 22 zu verhindern, wird eine kleine Menge Druckluft in den-Sumpfraum geleitet. Das Öl wird den Lagern durch nicht dargestellte Rohre und Düsen zugeführt. Der Sumpf weist eine nicht dargestellte Entlüftungsleitung auf, damit sich in ihm kein übermäßiger Druck aufbauen kann und kondensiertes Öl in üblicher Weise zum Vorratstank zurückgeführt wird zwischen dem bzw. dem an ihm angebrachten Ringteil 35, der den feststehenden Teil der Dichtung 30 bildet, Rahmen 18 und dem Verdichterrad 24 ist eine Luftkammer 34 geschaffen. Das Verdichterrad ist auf einer Außenseite mit Schaufeln 36 ausgestattet, welche die aus dem Austrittsraum 32 einströmende Luft auf den sie der Kammer 34 gewünschten Druck bringen.
• Die unter höherem Druck stehende Luft in der Kammer 34 gelangt an den Spitzen der Labyrinthdichtung 30 vorbei in den. Sumpf 22 und verhindert dadurch das Austreten von öl aus dem Sumpf.
• Um Druckluft aus der Kammer 34 dem Dichtungsglied 31 zuzuführen, ist in der Nabe des Verdichterrads und in der Welle eine Bohrung vorgesehen, die in den Ringraum 29 mündet. Der Durchgang von Luft durch diesen Ringraum bewirkt eine Kühlung der Welle 23 und des Bolzens 26. Am entgegengesetzten Ende der Welle ist in der Nabe des Turbinenrads 25 eine ähnliche Öffnung 38 vorgesehen. Durch diese und durch eine im Dichtungsglied 31 befindliche Öffnung 39 geht die Luft hindurch. Die Öffnung 39 ist etwa in der Mitte des Dichtungsglieds angeordnet, so daß Luft einerseits in zugemessener Menge in den Sumpf gelangt und andererseits auch in der entgegengesetzten Richtung gegen die Oberfläche der Turbine 25 geführt wird. Im hohlen Spannbolzen 26 kann eine weitere Öffnung 40 vorgesehen sein, die mit dem Ringkanal 29 in Verbindung steht und Luft einläßt, die an irgendeiner anderen Stelle, z. B. am vorderen Lager 41 (F i g. 1), verwendet werden kann.
• Um die Lager gegen einen direkten Aufprall der warmen Verdichterluft zu schützen, sind zwischen jeder Dichtung und dem zugehörigen Lager Abschirrn- oder Schleuderringe 42 und 43 auf der Welle angeordnet. Die Ringe 42 und 43 erstrecken sich, wie dargestellt, radial über die Wälzkörper des Lagers hinaus, um dieses gegen einen direkten Luftaufprall von der Dichtung her abzuschirmen. Zusätzlich dazu schleudern die Schleuderringe in üblicher Weise das Öl vermittels Zentrifugalkraft in den Sumpf zurück. Die Vorderfläche des Turbinenrads 25 wird durch einen Teil der aus der Dichtung 31 austretenden Luft erhalten. Diese Art der Kühlung kann aber auch nur zusätzlich zu einer Hauptkühlung sein, bei der Luft aus dem Verdichter in der durch die Pfeile angegebenen Richtung auf die Vorderseite des Turbinenrads geleitet wird.
• Ein konstanter Luftdruck aus der Kammer 34 wird also dazu benutzt, den Sumpf von beiden Seiten her unter Druck zu setzen und die Welle und den Spannbolzen sowie das Turbinenrad zu kühlen. Dies geschieht unter Verwendung von Labyrinthdichtungen, die billig und leicht sind und auch in Fällen sehr hoher Drehzahlen benutzt werden können. Darüber hinaus erfordert keiner der Teile extrem enge Toleranzen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Als Ölsumpf ausgebildeter Rahmen eines Gasturbinentriebwerks, der an seinen beiden Seitenwänden je ein Lager für die fliegend angeordnete Verdichter- und Turbinenräder tragende Welle sowie je eine Außendichtung aufweist, durch die dem Ölsumpf eine begrenzte Menge von dem Verdichter entnommener Druckluft zugeführt wird, während eine abgezweigte Luftmenge zwecks Kühlung an die benachbarte Seite des Turbinenrads geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhr zum Ölsumpf (22) am Lager (20) des Turbinenrads (25) und zu letzterem durch eine etwa in der Mitte der zugehörigen Dichtung (31) angebrachte Öffnung (39) sowie über eine Öffnung (38), einen Ringkanal (29) und eine Bohrung (37) zwischen Verdichterrad (24) und zugehöriger Dichtung (30), die sämtlich in der Welle angebracht sind, erfolgt.
2. 2. Rahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder an der Welle (23) zwischen Dichtung (30 bzw. 31) und Lager (19 bzw. 20) in an sich bekannter Weise angeordnete Schleuderring (42 bzw. 43) sich radial über die Wälzkörper hinaus erstreckt, um sie gegen direkten Luftaufprall abzuschirmen.