DE3604625C2 - Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, insbe­ sondere Strahltriebwerk, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Gasturbinen müssen die Lager des Rotors von Verdichter und Turbine gegenüber Schwingungen und Stößen abgefedert gelagert werden. Hierzu werden Spalte vorgesehen, die als Quetschfilmdämpfer arbeiten, wenn ein entsprechendes Dämpfungsmedium zugeführt wird.

Die DE-OS 16 01 630 beschreibt einen derartigen Quetsch­ filmdämpfer für Gasturbinenstrahltriebwerke mit Öl als Dämpfungsmedium. Hier wird das Dämpfungsvolumen durch zwei separate Bauteile gebildet, die zwischen dem äußeren Lagerring und dem das Lager tragenden Gehäuse vorgesehen sind. Hierbei ist eins der Bauteile sehr komplex auf­ gebaut, da es einen verdickten Mittelabschnitt sowie elastische Arme aufweist.

Daneben ist aus der DE-AS 12 46 320 bekannt, die Lager bei Gasturbinenstrahltriebwerken mittels des Gasturbinen­ brennstoffes zu kühlen. Ein genauer Lageraufbau ist je­ doch aus diesem Stand der Technik zu entnehmen.

Aus der DE-PS 11 35 244 ist es ebenfalls bekannt, die Lager eines Gasturbinenstrahltriebwerkes mit Hilfe von Brennstoff zu kühlen, indem der Brennstoff auf seinem Weg zur Brennkammer über entsprechende Lagerstellen geführt wird. Der spezielle Aufbau hierzu geeigneter Lagerstellen ist nicht beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die in der gattungsbildenden Gasturbine beschriebene Lagerung in ihrem Aufbau zu vereinfachen, eine Lagerkühlung vorzu­ sehen, ohne auf die Dämpfungseigenschaften des Lagers zu verzichten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Durch das Vorsehen nur einer einzigen Hülse wird der Bau­ aufwand des Lagers wesentlich vereinfacht. Weiterhin wird durch die Verwendung des Brennstoffes der Gasturbine als Dämpfungsmedium gleichzeitig eine wirksame Lagerkühlung erzielt, da durch die Konstruktion des Spaltes gewähr­ leistet ist, daß ein ständiger Brennstoffdurchfluß mög­ lich ist. Dadurch kann die dem Lager entzogene Wärme über den Brennstoff in den Prozeß zurückgeführt werden, wobei zusätzlich der Vorteil der besseren Verdampfbarkeit des Brennstoffes erzielt wird. Somit können zusätzliche Ein­ richtungen zur Lagerdämpfung entfallen.

Die erfindungsgemäß aufgebaute Gasturbine ist besonders bei nur einmalig verwendeten Gasturbinen, wie sie bei­ spielsweise als Strahltriebwerke in unbemannten Flug­ körpern vorzugsweise zum einmaligen Einsatz (Drohne) ver­ wendet werden, von Vorteil. Bei solchen Strahltriebwerken steht insbesondere die Forderung nach äußerst geringem Bauaufwand und großer Zuverlässigkeit im Vordergrund. Das Lager wird in diesem Fall als einfaches Wälzlager mit Öl­ verlust-, Fett- oder Kraftstoffschmierung ausgeführt. Durch die gleichzeitige Kühlung und Dämpfung des Lagers mit dem Treibstoff der Gasturbine entfallen zusätzliche Nebenaggregate, wie ein aufwendiges Schmiersystem, Kühl­ system und Dämpfungssystem. Der Bauaufwand wird somit äußerst gering gehalten, so daß ein kleines Bauvolumen und geringes Gewicht erzielt wird.

Es kann zweckmäßig sein, eine mit einem verdichterseitig und turbinenseitig gelagerten Rotor versehene Gasturbine in diesen beiden Lagern mit dem erfindungsgemäß aufge­ bauten Spalt auszustatten, aber nur das turbinenseitige Lager sowohl mit einem Brennstoffzufluß als auch mit einem Brennstoffabfluß zu versehen. Der Brennstoff kühlt so nur das turbinenseitige Lager, während der Brennstoff­ zufluß am verdichterseitigen Lager für eine Dämpfung sorgt und der Brennstoff in diesem Lager keine Kühl­ funktion übernimmt. Dies kann verdichterseitigen Lagern wegen der niedrigeren Temperaturen von Vorteil sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, wobei es bereits aus der DE- AS 15 26 439 bekannt ist, an den Enden einer die Lager aufnehmenden Büchse Ringspalte zur Schmierölzufuhr vorzu­ sehen, damit neben anderen Maßnahmen auch eine wählbare Dämpfung- oder Schwingungsbewegung der Büchse erzielt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei in der einzigen Abbildung ein Längsschnitt durch ein erfindungs­ gemäß aufgebautes Lager einer Gasturbine gezeigt ist.

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 3, 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 Lagern mit dem 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 eine als Dichtring 5a bzw. 5b ausgebildete Dichtung 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 (4)

1. Gasturbine, insbesondere Strahltriebwerk mit einer Brennkammer, einem Verdichter und einer Turbine, bei der ein Rotor in zumindest einem schwingungsgedämpften Lager (2) gelagert ist, wozu ein ringförmiger, konzentrisch zu dem Lager (2) angeordneter, abgedichteter, einen Quetschfilmdämpfer bildenden Spalt (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5) zwischen einer das Lager (2) konzentrisch umschließenden Hülse (3) und dem die Hülse (3) tragenden Gehäuse (4) gebildet ist, das als Dämpfungsmedium Brennstoff vorgesehen ist, der über eine in dem Gehäuse (4) angeordnete Brennstoffzuführbohrung (8) zu einem Ende des Spaltes (5) zugeführt wird und daß das andere Ende des Spaltes (5) mit einer zur Brennkammer der Gasturbine führenden Brennstoffabführbohrung (9) verbunden ist.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spaltes (5) je eine Ringnut (6, 7) zur Zu- bzw. Abfuhr des Brennstoffs angeordnet ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den axialen Enden des Spaltes (5) zumindest je eine Dichtung (5a, 5b) bzw. eine Rundschnurdichtung oder ein Kolbenring vorge­ sehen ist.

4. Gasturbine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Lager ein Wälz­ lager (2) ist.