DE3604625A1 - Gasturbine - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, insbeson
re Strahltriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gasturbinen müssen die Lager des Rotors von Verdichter
und Turbine meist gekühlt werden. Einerseits entsteht
durch Reibungsenergie überschüssige Wärme und andererseits
sind die Brennkammer und die Turbine funktionsbedingt sehr
heiß, so daß sich die Wärme von dort auf die Lager über
trägt. Zur Vermeidung eines getrennten Kühlkreislaufs wird
als Kühlflüssigkeit der Brennstoff der Gasturbine verwen
det. Dazu wird dieser im Kreislauf oder im Einwegbetrieb
vom Brennstofftank über das Lager direkt in die Brennkam
mer geführt.
Aus der DE-PS 11 96 016 ist eine derartige Lagerkühlung
bekannt. Der Brennstoff der Gasturbine wird den Kühlstel
len der Rotorlagerung zugeführt und strömt von dort in den
Tank zurück. Der Brennstoff dient dabei gleichzeitig als
Schmiermittel für das Lager. Maßnahmen für einen Lager
dämpfer, die ein derartiges gekühltes Rotorlager kompli
zieren, sind nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das brennstoff
gekühlte Lager einer Gasturbine mit einer Lagerdämpfung zu
versehen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
In den an einem axialen Ende mit einer Brennstoffzuführung
und an dem anderen axialen Ende mit einer Brennstoffabfüh
rung versehenen Spalt strömt während des Betriebes Brenn
stoff ein, verteilt sich über den Umfang des Lagers und
kühlt es dabei. Gleichzeitig wirkt der das Lager umgeben
de, flüssigkeitsgekühlte Spalt auch als Quetschfilmdämp
fer. Zusätzliche besondere Einrichtungen zur Lagerdämpfung
können so entfallen. Zur Vermeidung eines getrennten Kühl
kreislaufs wird als Kühlflüssigkeit der Brennstoff der
Gasturbine verwendet. Dazu wird dieser im Kreislauf oder
im Einwegbetrieb vom Brennstofftank aber das Lager in die
Brennkammer geführt.
Die erfindungsgemäße Gasturbine ist insbesondere bei nur
einmalig verwendeten Gasturbinen, wie sie beispielsweise
als Strahltriebwerke in unbemannten Flugkörpern vorzugs
weise zum einmaligen Einsatz (Drohne) verwendet werden,
von Vorteil. Bei solchen Strahltriebwerken steht insbeson
dere die Forderung nach äußerst geringem Bauaufwand und
großer Zuverlässigkeit im Vordergrund. Das Lager wird in
diesem Fall als einfaches Wälzlager mit Ölverlust-,
Fett- oder Kraftstoffschmierung ausgeführt. Durch die
gleichzeitige Kühlung und Dämpfung des Lagers mit dem
Treibstoff der Gasturbine entfallen zusätzliche Nebenag
gregate, wie ein aufwendiges Schmiersystem, Kühlsystem und
Dämpfungssystem. Der Bauaufwand wird somit äußerst gering
gehalten, so daß ein kleines Bauvolumen und geringes Ge
wicht erzielt ist.
Es kann zweckmäßig sein, eine mit einem verdichterseitig
und turbinenseitig gelagerten Rotor versehene Gasturbine
in diesen beiden Lagern mit dem erfindungsgemäßen Spalt
auszustatten, aber nur das turbinenseitige Lager sowohl
mit einem Brennstoffzufluß als auch mit einem Brennstoff
abfluß zu versehen. Der Brennstoff kühlt so nur das turbi
nenseitige Lager, während der Brennstoffzufluß am verdich
terseitigen Lager für eine Dämpfung sorgt und der Brenn
stoff in diesem Lager keine Kühlfunktionen übernimmt. Dies
kann bei verdichterseitigen Lagern wegen der niedrigeren
Temperaturen von Vorteil sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschrei
bung und der Zeichnung, die einen Längsschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Lagers einer
Gasturbine zeigt.
Auf einem zweiteiligen Rotor 1 ist ein Lager 2 angeordnet,
welches als Wälzlager ausgeführt ist. Das Wälzlager ist
dabei rotorseitig in axialer Richtung festgelegt. Gehäuse
seitig sitzt das Lager 2 in einer Hülse 5, die wiederum in
einem Gehäuse 4 konzentrisch angeordnet ist. Das Gehäuse 4
ist mit dem Äußeren der Gasturbine verbunden. Der Rotor 1
ist im Ausführungsbeispiel auf der einen Seite mit der
nicht gezeigten Turbine und auf der anderen Seite, ggfs.
über ein weiteres Lager, mit dea Verdichter verbunden.
Zwischen dem Gehäuse 4 und der Hülse 3 ist ein Ringspalt 5
vorgesehen, der sich axial im wesentlichen über die ganze
Länge der Hülse 3 bzw. des Gehäuses 4 erstreckt. An den
axialen Enden des Spalts 5 ist je eine umlaufende Ringnut
6 und 7 in die Hülse 3 eingearbeitet. Die Ringnut 6 oder 7
kann auch in das Gehäuse 4 oder in beide Teile eingelassen
werden. An den axialen Enden des Spalts 5 ist in der Hülse
3 je ein Dichtring 5 a bzw. 5 b eingelassen, der den Spalt 5
zum Gehäuse 4 abdichtet. Die Ringnuten 6 und 7 liegen zwi
schen den Dichtungen, vorzugsweise unmittelbar neben der -
entsprechenden Dichtung. Als Dichtungen sind Rundschnur
dichtungen oder Kolbenringdichtungen vorteilhaft.
Die Ringnut 6 ist mit einer axialen Brennstoffzuführung 8
im Gehäuse 4 und die Ringnut 7 mit einer Brennstoffabfüh
rung 9 im Gehäuse 4 verbunden. Die Brennstoffzuführung 8
und die Brennstoffabführung 9 sind dabei als Schrauban
schlüsse mit verbindenden Bohrungen 10 ausgebildet.
Ein vorzugsweise separater Brennstofftank 14 ist über eine
Brennstoffpumpe 15 an die Brennstoffzuführung 8 ange
schlossen, während die Brennstoffabführung 9 mit der sepa
raten Brennkammer und ggfs. einer Regeleinrichtung verbun
den ist. Es muß sichergestellt sein, daß der gesamte
Brennstoff über den vollen Umfang in den Spalt 5 zu- bzw.
aus dem Spalt 5 abgeführt wird.
Der Brennstoff wird über die Brennstoffzuführung 8 und die
Ringnut 6 in den Spalt 5 gedrückt. Die Ringnut 6 dient da
bei zur gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffes auf dem
gesamten Umfang des Spaltes. In der Ringnut 7 sammelt sich
der durch den Spalt 5 strömende Brennstoff und wird über
die Brennstoffabführung 9 der nicht dargestellten Brenn
kammer zugeführt. Es kann bei hohen Kühlanforderungen der
gesamte zum Betrieb der Gasturbine notwendige Brennstoff
durch den Spalt 5 geleitet werden. Eine Kühlung mit einem
Teilstrom ist in vielen Fällen bereits ausreichend. Der
Brennstoff in dem Spalt 5 wirkt auch als hydraulischer
Dämpfer gegenüber Stößen und Schwingungen, die der Rotor 1
ausführt. Der Lauf des Rotors 1 wird durch diese Dämp
fungsfunktion ruhiger. Bei Lagern, die keinen hohen Tempe
raturen ausgesetzt sind, beispielsweise dem verdichtersei
tigen Lager einer Gasturbine, kann auf eine Kühlung ver
zichtet werden. In diesem Fall entfällt die Brennstoffab
führung 9.
Claims (8)
1. Gasturbine, insbesondere Strahltriebwerk, mit einer
Brennkammer, einem Verdichter und einer Turbine, bei der
ein Rotor durch zumindest ein Lager (2) gelagert ist, das
zur Lagerkühlung eine Kühlstelle (5) mit einer Brennstoff
zuführung (8) und einer Brennstoffabführung (9) aufweist,
wobei als Kühlmittel der Brennstoff der Gasturbine zuge
führt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstelle als ringförmi
ger, konzentrisch zu dem Lager (2) angeordneter, abgedich
teter Spalt (5) ausgebildet ist, der durch in den Spalt
eingeleiteten Brennstoff eine hydraulische Lagerdämpfung
bildet.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der flüssigkeitsgefüllte Spalt (5) einen Quetschfilm
dämpfer bildet.
3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Brennstoffabführung (9) mit der Brenn
kammer der Gasturbine verbunden ist.
4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit
einem weiteren, verdichterseitigen Lager,
dadurch gekennzeichnet, daß das verdichterseitige Lager
ausschließlich einen Brennstoffzufluß (8) aufweist.
5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Lager (2) in einer konzen
trischen Hülse (3) angeordnet ist, die ihrerseits in einem
Gehäuse (4) gelagert ist, wobei der Spalt (5) zwischen dem
Gehäuse (4) und der Hülse (5) vorgesehen ist.
6. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spalts
(5) je eine Ringnut (6, 7) zur Zu- bzw. Abführung von
Brennstoff angeordnet ist.
7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spalts
(5) zumindest je eine Dichtung (5 a, 5 b) bzw. eine Rund
schnurdichtung oder ein Kolbenring, angeordnet ist.
8. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß das Lager ein Wälzlager (2) ist.
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