DE69502100T2

DE69502100T2 - Ringförmiges lagergehäuse

Info

Publication number: DE69502100T2
Application number: DE69502100T
Authority: DE
Inventors: Anthony J. Georgetown Ontario L7G 1P4 Matthews; Kenneth D. Mississauga Ontario L5V 1X2 Parkman
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2015-05-05
Also published as: CZ288110B6; RU2132474C1; PL317232A1; CZ337396A3; CA2189743A1; EP0760053B1; WO1995031632A1; DE69502100D1; CA2189743C; PL177835B1; US5415478A; EP0760053A1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft Gasturbinenmaschinen bzw. -strömungsmaschinen und insbesondere eine ringförmige Lagerkammer für Gasturbinenmaschinen.

Hintergrund der Erfindung

Turbomaschinen bzw. Strömungsmaschinen, wie etwa Gasturbinenmaschinen umfassen einen Gebläseabschnitt, einen Kompressorabschnitt, einen Brennerabsahnitt und einen Turbinenabsahnitt. Eine Welle erstreckt sich axial durch die Maschine, ausgehend von dem Gebläseabschnitt durch den Turbinenabschnitt, und dreht axial voneinander beabstandete Scheibenstufen. Jede Scheibe trägt umfangsmäßig voneinander beabstandete Schaufeln, die sich radial quer zum Gasströmungspfad erstrecken. Die Welle ist durch eine oder mehrere Lagerbaugruppen getragen. Die Lagerbaugruppen sind mit dem Gehäuse durch ein Lagertraggehäuse verbunden. Das Gehäuse dient mehreren Zwecken; es trägt die Lagerbaugruppen, es stellt eine geschlossene Umgebung für Schmieröl bereit und es hält die Lagerbaugruppe zurück und damit die Welle im Fall eines Gebläsescheibenungleichgewichts oder eines anderen unerwarteten Ereignisses.
Die GB-A-2 152 148 offenbart ein Lagergehäuse, das durch zwei Kammern umgeben ist: Eine äußere abgedichtete Kammer, die dazu dient, einen toten Luftraum zwischen der heißen Luft von der Hochdruckompressorstufe und einer Zwischenkammer bereitzustellen, welche Hochdruckkühlluft aufnimmt und die Kühlluft über die Außenfläche des Lagergehäuses zu Kühlzwecken strömen läßt und die Kühldruckluft innerhalb eines Raums benachbart zu den Dichtungen des Lagergehäuses ausläßt und damit ein Auslecken heißer Luft in das Lagergehäuse mit der möglichen Konsequenz verhindert, daß Öl in dem Gehäuse entflammt wird.
Während zahlreiche Konstruktionen für Lagergehäuse vorgeschlagen und in der Gasturbinenmaschine verwendet wurden, sind verbesserte Konstruktionen erforderlich, um optimale Betriebseigenschaften für weiterentwickelte Maschinen bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedaraf der Industrie.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist eine ringförmige Lagerkammer für eine Strömungsmaschine bzw. eine Turbomaschine, die eine Welle umfaßt, die sich axial durch die Maschine hindurcherstreckt, wobei die Lagerkammer die Welle trägt und eine ringförmige Lagerbaugruppe koaxial mit der Welle aufweist, und wobei die Lagerbaugruppe einen inneren Lagerlaufring aufweist, der drehbar auf der Welle befestigt ist, einen äußeren Lagerlaufring, der mit Abstand radial nach außen vom inneren Lagerlaufring angeordnet ist, und eine Vielzahl von umf angsmäßig beabstandeten Rollenlagern zwischen den inneren und den äußeren Laufringen, wobei die Lagerkammer außerdem ein ringförmiges Lagergehäuse aufweist, das eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnbeite aufweibt, wobei die erbte Stirnbeite eine erbte Dichtung umfaßt und die zweite Stirnseite eine zweite Dichtung umfaßt, die ersten und zweiten Dichtungen so ausgelegt sind, daß sie das Lagergehäuse an der ersten und zweiten Stirnseite um die Welle herum beim Betrieb abgedichten, wobei das Lagergehäuse und die Dichtungen einen abgedichteten ringförmigen Ölhohlraum begrenzen, der die Lagerbaugruppe um die Welle herum umgibt, wobei die Rollenlager innerhalb des Ölhohlraums angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine erste Wand, die vom Lagergehäuse zwischen der ersten und zweiten Stirnseite des Lagergehäuses im Abstand angeordnet und um diese herum abgedichtet ist, wobei die erste Wand und das Lagergehäuse einen ersten abgedichteten ringförmigen Lufthohlraum, der den Ölhohlraum umgibt, zwischen der ersten und zweiten Stirnseite des Lagergehäuses begrenzen, und eine zweite Wand, die eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite aufweist, wobei die zweite Wand einen Abstand von der ersten Wand aufweist, und an der ersten und zweiten Stirnseite der zweiten Wand um die Welle herum beim Betrieb abgedichtet ist, und wobei die zweite Wand einen zweiten abgedichteten ringförmigen Lufthohlraum begrenzt, der den ersten abgedichteten ringförmigen Lufthohlraum und die erste und zweite Dichtung des Lagergehäuses umgibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die ringförmige Lagerkammer eine axial liegende Vorderwand, die eine vordere Dichtung umfaßt, und eine axial liegende Rückwand, die eine hintere Dichtung umfaßt, wobei die vordere und hintere Dichtung so ausgeführt sind, daß die Vorderwand und die Rückwand des Lagergehäuses um die Welle herum beim Betrieb abgedichtet sind, wobei die Vorderwand und die Rückwand des Lagergehäuses einen abgedichteten ringförmigen Ölhohlraum begrenzen, der die Lagerbaugruppe um die Welle herum umgibt, und die Rollenlager innerhalb des Ölhohlraums angeordnet sind, und wobei die Lagerkammer dadurch gekennzeichnet ist, daß ein vorderer Deckel an der Vorderwand des Lagergehäuses und ein hinterer Deckel an der Rückwand des Lagergehäuses befestigt sind, wobei jeder Deckel mit Abstand angeordnete Innenwände und Außenwände aufweist, die Innenwand des vorderen Deckels mit Abstand von der Vorderwand des Lagergehäuses angeordnet und abgedichtet ist, wobei eine Stirnfläche der Innenwand um die Vorderwand des Lagergehäuses benachbart zur vorderen Dichtung des Lagergehäuses abgedichtet ist und einen vorderen abgedichteten Lufthohlraum benachbart zu dem Ölhohlraum festlegt und die Innenwand des hinteren Deckels von der Rückwand des Lagergehäuses beabstandet und abgedichtet ist, wobei ein Ende der Innenwand um die Rückwand des Lagergehäuses benachbart zu der hinteren Dichtung des Lagergehäuses abgedichtet ist und einen hinteren abgedichteten Lufthohlraum benachbart zu dem Ölhohlraum festlegt, wobei die vorderen und hinteren abgedichteten Lufthohlräume sich in Fluidverbindung miteinander mittels umfangsmäßig voneinander beabstandeten elliptischen Kanälen befinden, die sich axial ausgehend vom vorderen Deckel zum hinteren Deckel erstrecken, um einen ringförmigen axial sich erstreckenden abgedichteten Lufthohlraum benachbart zu dem Ölhohlraum festzulegen bzw. zu begrenzen, der eine Totzone bereitstellt, welche den Lufthohlraum von den heißen Gasen der Lagerkammer isoliert, die Innen- und Außenwände des vorderen Deckels einen vorderen Pufferlufthohlraum benachbart zu dem vorderen abgedichteten Lufthohlraum festlegen, wobei ein Ende der Außenwand um die Welle herum in Betrieb abgedichtet ist, und die Innen- und Außenwände des hinteren Deckels einen hinteren Pufferlufthohlraum benachbart zu dem hinteren abgedichteten Lufthohlraum festlegen, wobei eine Stirnseite der äußeren Wand um die Welle im Betrieb abgedichtet ist, wobei die Pufferlufthohlräume sich in Fluidverbindung miteinander mittels umfangsmäßig voneinander beabstandeter elliptischer Kanäle befinden, die sich axial, ausgehend vom vorderen Deckel zum hinteren Deckel erstrecken, um einen ringförmigen axial sich erstreckenden Pufferlufthohlraum benachbart zu dem abgedichteten Lufthohlraum festzulegen und die vorderen und hinteren Dichtungen des Lagergehäuses umgebend, das eine zusätzliche Wärmeisolation zu der Lagerkammer bereitstellt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus den Figuren und der Beschreibung der besten Art und Weise, die Erfindung auszuführen, wie nachfolgend erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht der Lagerkammer gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Lagergehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des vorderen Deckels, der in der Lagerkammer gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang den Linien 4-4 von Fig. 3, und
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang den Linien 5-5 von Fig. 2.

Beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen

Fig. 1 zeigt eine Welle 10, die sich in stromabwartiger Richtung durch eine Gasturbinenmaschine erstreckt, wobei die Welle 10 eine Drehachse 12 aufweist. Drehbar angebracht an der Welle 10 befindet sich eine Laufradscheibe 14 und eine Turbinenscheibe 16. Am Außenumfang der Turbinenscheibe 16 befinden sich mehrere umfangsmäß voneinander beabstandete Turbinenschaufeln 18, die sich quer zum Strömungspfad 19 für Arbeitsmediumgase erstrecken. Unmittelbar stromaufwärts von der Turbinenscheibe 16 befindet sich ein Turbinenstator 20, der aus einer Reihe von umfangsmäßig voneinander beabstandeten sowie stationären Turbinenschaufeln 22 besteht. Axial zwischen der Laufradscheibe 14 und der Turbinenscheibe 16 befindet sich eine Lagerkammer 24. Die Lagerkammer 24 ist an dem Maschinengehäuse in einer nachfolgend im einzelnen erläuterten Weise angebracht und trägt die Welle 10, wenn sie sich während des Maschinenbetriebs dreht. Die Lagerkammer 24 besteht aus einer ringförmigen Lagerbaugruppe 26, die koaxial zur Welle 10 verläuft. Die Lagerbaugruppe 26 besteht aus einem inneren Lagerlaufring 28, der drehbar an der Welle 10 befestigt ist, einem äußeren Lagerlaufring 30, radial außerhalb von dem inneren Lagerlaufring 28 und mehreren umfangsmäßig voneinander beabstandeten Rollenlagern 32, die zwischen den inneren und äußeren Lagerlaufringen 28, 30 radial beabstandet sind.
Ein Lagergehäuse 34 umgibt die Lagergruppe 26. Das Lagergehäuse 34 umfaßt Vorder- und Rückwände 36 und 38, die zusammenwirken, um einen ringförmigen Ölhohlraum 44 zu begrenzen. Die Lagerbaugruppe 26 ist derart aufgebaut und angeordnet, daß die Rollenlager 32 innerhalb des Ölhohlraums 44 angeordnet sind.
Die Lagerkammer 24 umfaßt außerdem einen vorderen Deckel 46, der an der Vorderwand 36 des Lagergehäuses 34 befestigt ist, und einen hinteren Deckel 48, der an der Rückwand 38 des Lagergehäuses 34 befestigt ist. Der vordere Deckel 46 besteht aus axial voneinander beabstandeten Innen- und Außenwänden 50 und 52. In ähnlicher Weise besteht der hintere Deckel 48 aus axial voneinander beabstandeten Innen- und Außenwänden 54 und 56. Die vorderen und hinteren Deckel 46 und 48 sind an dem Lagergehäuse 34 durch umf angsmäßig voneinander beabstandete Bolzen 58 oder dergleichen angebracht, die (nicht gezeigte) Bolzenlöcher in den Deckeln 46 und 48 durchsetzen, wie nachfolgend näher erläutert.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Außenwand 52 des vorderen Deckels 46 einen Steg 60, welcher im Kontakt mit einer Messerranddichtung 62 vom Lentikular-Typ auf einer vorderen Dich- tungsschiene 41 kontaktiert. In ähnlicher Weise umfaßt die Außenwand 56 des hinteren Deckels 48 einen Steg 64, der eine Messerranddichtung 66 vom Lentikular-Typ auf der hinteren Dichtungsschiene 43 umfaßt. Die Innenwand 50 des vorderen Deckels 46 kontaktiert das Gehäuse 68 einer Kohlenstoffdichtung 70; in ähnlicher Weise kontaktiert die Innenwand 54 des hinteren Dekkels 48 das Gehäuse 72 einer Kohlenstoffdichtung 74. Jede Kohlenstoffdichtung 70, 74 ruht auf ihrer jeweiligen Dichtungsschiene 41, 43. Zwischen dem vorderen Kohlenstoffdichtungslaufring 68 und dem äußeren Rollendichtungslaufring 30 erstreckt sich ein axialer Anschlag 74, welcher die Laufringe 68, 30 relativ zueinander positioniert.
Das Lagergehäuse 34 umfaßt eine Öffnung bzw. einen Einlaß 76 für Öl, damit dieses in den Ölhohlraum 44 eintreten kann, und einen Auslaß bzw. eine Öffnung (nicht gezeigt) für Öl zum Austritt aus dem Hohlraum 44. Das Gehäuse 34 umfaßt außerdem einen Ölfilter 78, benachbart zu der Öffnung 76. Der Filter 78 ist innerhalb des Gehäuses 34 durch Klammern 80 oder ähnliche Elemente positioniert. Das Gehäuse 34 umfaßt außerdem einen Ölkanal 82, der während des Maschinenbetriebs Öl an eine Ölschöpfschaufel 84 sprüht. Die Ölschöpfschaufel 84 liefert Öl zu den Rollenlagern 32 mittels eines Durchlasses 86 in dem inneren Lagerlaufring 28.
Das Laufrad 14 umfaßt einen axial sich erstreckenden Steg 88, der auf der Welle 10 ruht. Die Turbinenscheibe 16 umfaßt außerdem einen axial sich erstreckenden Steg 90, der an dem Laufradsteg 88 mittels einer Verkeilung 92 drehbar befestigt ist. Das Laufrad 14 ist axial an der Welle 10 durch eine Mutter 94 befestigt, die auf die Welle 10 geschraubt ist. Die Mutter 94 ist auf der Welle durch eine Nasen/Schlitzkonstruktion blokkiert, um zu verhindern, daß die Welle während des Maschinenbetriebs lose wird bzw. freikommt.
Fig. 2 zeigt zusätzliche Merkmale des Lagergehäuses 34. Der vordere Bereich des Gehäuses 34 umfaßt radial sich auswärts erstreckende Wände 96, die an einem Diffusorgehäuse 98 enden. Das Diffusorgehäuse 98 ist integral mit dem Lagergehäuse 34 gebildet und umfaßt Bolzenlöcher 100 für Bolzen oder dergleichen, welche das Lagergehäuse 34 und sein integrales Diffusorgehäuse 98 an dem Maschinengehäuse oder einer anderen Stützstruktur anbringen. Der hintere Bereich des Gehäuses 34 umfaßt einen zylindrischen Bereich, der koaxial zur Welle verläuft und durch eine sich axial erstreckende Wand 102 festgelegt ist, welche in einem radial sich auswärts erstreckenden Flansch 104 endet. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt der Flansch 104 mehrere umf angsmäßig voneinander beabstandete Bolzenlöcher 105 zum Aufnehmen von Bolzen 107 oder ähnlichen Befestigungsmitteln zum Befestigen des Gehäuses 34 an dem Turbinenstator 22.
Fig. 3 zeigt den vorderen Deckel 46 des Lagergehäuses 34 mehr im einzelnen. (Während Fig. 3 lediglich den vorderen Deckel 46 zeigt, versteht es sich, daß der hintere Deckel 48 in ähnlicher Weise aufgebaut ist.) Die Innen- und Außenwände 50 und 52 sind integral mit dem Körper 108 des Deckels 46 gebildet. Der Körper 108 umfaßt axial liegende bzw. aufeinanderzuweisende Flächen 110, 112 und dazwischen einen ausgehöhlten Bereich 132. Wenn der erste Deckel 46 am Lagergehäuse 34 angebaut ist, wie in Fig. 1 gezeigt, liegen die Deckelflächen 110, 112 dichtend an der axial liegenden Fläche 114 auf dem Gehäuse 34 an; in ähnlicher Weise liegen die Flächen 113, 115 auf den hinteren Dekkel 48 dichtend an ihrer entsprechenden axial liegenden Fläche 116 auf dem Gehäuse 34 an. Außerdem liegen, wie vorstehend angeführt, die Innenwände 50, 54 der Deckel 46, 48 dichtend an den Laufringen 68, 72 der Dichtungen 70, 74 an. Schließlich liegen die Stege 60, 64 der Deckel 46, 48 an den Messerrändern 62, 66 auf den Dichtungsschienen 41, 43 an. Infolge des vorstehend genannten Aufbaus sind zwischen den Innenwänden 50, 54 und dem Lagergehäuse 34 Lufthohlräume gebildet und Pufferlufthohlräume sind zwischen den Innenwänden 50, 54 und den Außenwänden 52, 56 der Deckel gebildet.
Zusätzlich unter Bezugnahme auf Fig. 1, 4 und 5 wirken die Innenwand 50 des vorderen Deckels 46 und das Lagergehäuse 34 zusammen, um mehr im einzelnen einen vorderen luftdichten Hohlraum 118 zu bilden; in ähnlicher Weise erzeugen die Innenwand 54 des hinteren Deckels 48 und das Gehäuse 34 einen hinteren abgedichteten Lufthohlraum 120. Die Lufthohlräume 118 und 120 erstrecken sich ausgehend von der Vorderseite zur Rückseite der Lagerkammer 24, den Ölhohlraum 44 umgebend sowie benachbart zu diesem liegend; sie stellen eine Isolationszone für tote Luft, benachbart zu dem Ölhohlraum 44 bereit, welcher die Einwirkungen heißer Gase, die während des Maschinenbetriebs erzeugt werden, auf die Temperatur des Öls innerhalb des Hohlraums 44 minimiert.
Die Innen- und Außenwände 50, 52 des vorderen Deckels 46 und die Innen- und Außenwände 54, 56 des hinteren Deckels 48 wirken zusammen, um Pufferlufthohlräume 122, 124 zu bilden. Der vordere Pufferlufthohlraum 122 ist durch die Außenwand 52 und seinen Steg 60 in Kontakt mit der Messerranddichtung 62 gebildet, und zwar in Kombination mit der Innenwand 50, die sich in Kontakt mit dem Dichtungsgehäuse 68 befindet. In ähnlicher Weise ist der hintere Pufferlufthohlraum 124 durch die Außenwand 56 und seinen Steg 64 in Kontakt mit der Messerranddichtung 66 gbildet, und zwar in Kombination mit der Innenwand 54, die sich in Kontakt mit dem Dichtungsgehäuse 72 befindet. Die Wände 50, 52 und 54, 56, welche die Pufferlufthohlräume 122 bzw. 124 festlegen, verringern die Luftmenge, die anderweitig aus den Kohlenstoffdichtungen 70, 74 und in den Ölhohlraum 44 hinein während des Maschinenbetriebs auslecken würde. Eine derartige Verringerung des Luftausleckens ist wesentlich, wenn die Standzeit bzw. Lebensdauer der Maschine zunimmt, weil die Dichtungen 70, 74 während des Gebrauchs verschleißen. Die Pufferlufthohlräume dienen in ihrer Rolle zum Begrenzen des Ausleckens von Luft in den Ölhohlraum 44 letztendlich dazu, die Öltemperatur innerhalb vorhersehbarer Konstruktionsgrenzen zu halten. Infolge davon kann die Abmessung des Ölkühlers, der verwendet wird, um Wärme aus dem Öl zu extrahieren, kleingehalten werden, wodurch die Kosten und das Gewicht der Maschine reduziert werden können, was beides wünschenswert ist.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, umfaßt der vordere Deckel 46 umfangsmäßig voneinander beabstandete Löcher 128 zum Anbringen des Deckels 46 an dem Gehäuse 34 durch Bolzen 58 oder dergleichen. Der Deckel 46 umfaßt außerdem mehrere umfangsmäßig voneinander beabstandete elliptische Kanäle 130, die es ermöglichen, daß Luft von der stromaufwärtigen Seite der Lagerkammer 24 zur stromabwärtigen Seite der Lagerkammer 24 während des Maschinenbetriebs strömen kann. Diese Kanäle 130 sind nachfolgend im einzelnen erläutert. Der Deckel 46 umfaßt außerdem umfangsmäßig voneinander beabstandete elliptische Kanäle 132. Die Kanäle 132 ermöglichen eine Fluidverbindung zwischen den Pufferlufthohlräumen 122 und 124. Wie in Fig. 3 gezeigt, sowie unter Bezug auf den vorderen Deckel 46, steht der vordere Pufferlufthohlraum 122 in Verbindung mit den Kanälen 132 mittels Durchlässen 134, die sich radial auswärts durch den Körper 108 des Deckels 46 erstrecken. Der Deckel 46 umfaßt einen Durchlaß 134 pro Kanal 132. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die umfangsmäßige Erstreckung von jedem der Durchlässe 134 geringfügig kleiner als die umfangsmäßige Erstreckung seines entsprechenden Kanals 132. (Wie vorstehend angeführt, ist der hintere Deckel 48 ähnlich wie der vordere Deckel 46 aufgebaut und umfaßt demnach denselben Satz von Kanälen und Durchlässen, wie in Fig. 3 gezeigt.)
Fig. 5 zeigt zusätzliche Einzelheiten betreffend die Art und Weise, wie der vordere abgedichtete Lufthohlraum 118 in Verbindung mit dem hinteren abgedichteten Lufthohlraum 120 steht, und wie der vordere Pufferlufthohlraum 122 in Verbindung mit dem hinteren Pufferlufthohlraum 124 steht. Außerdem zeigt sie, wie die Luft durch die Luftkanäle 130 auf der stromaufwärtigen Seite der Lagerkammer 24 zu der stromabwärtigen Seite der Lagerkammer 24 strömen kann. Im einzelnen zeigt Fig. 5 einen Schnitt entlang den Linien 5-5 von Fig. 2. Das Gehäuse 34 umfaßt mehrere Bolzenlöcher 138, durch welche sich Bolzen 58 erstrecken und den vorderen Deckel 46, das Gehäuse 34 und den hinteren Deckel 48 aneinander anbringen. Mehrere umf angsmäßig voneinander beabstandete elliptische Kanäle sind in dem Gehäuse 34 vorgesehen, wie gezeigt. Insbesondere sind ein erster Satz von elliptischen Kanälen 140 um den Außenrand bzw. Außenumfang 154 des Gehäuses 34 beabstandet und erlauben, daß Luft anfänglich durch die Kanäle 130 in den vorderen Deckel 46 (siehe Fig. 4) und daraufhin durch die Kanäle 140 in dem Gehäuse 34 und schließlich durch die Kanäle im hinteren Deckel 48 strömen kann. Die Kanäle 130 und 140 arbeiten deshalb zusammen, um mehrere umfangsmäßig voneinander beabstandete, sich axial erstrekkende und elliptisch geformte Kanäle festzulegen bzw. zu begrenzen, die es ermöglichen, daß die heißen Gase, die während des Maschinenbetriebs erzeugt werden, in der stromabwärtigen Richtung hinter die Lagerkammer 24 strömen können.
Fig. 5 zeigt außerdem einen zweiten Satz von elliptischen Kanälen 142, die umfangsmäßig um den Umfang bzw. Rand 154 des Gehäuses 34 beabstandet sind. Die Kanäle 142 in dem Gehäuse 34 sind mit den Kanälen 132 in den Deckeln 46, 48 raummäßig bzw. abstandsmäßig ausgerichtet. Der zweite Satz von Kanälen 142 erlaubt es, daß Pufferluft von dem vorderen Pufferlufthohlraum 122 durch die Vertiefungen 134 in den Körper 108 des vorderen Deckels 46 (siehe Fig. 3) in die Pufferluftkanäle 132 in dem vorderen Deckel 46 durch die Pufferluftkanäle 142 in dem Lagergehäuse 34 in die Vertiefungen 134 und die Kanäle 142 in dem hinteren Deckel 48 und schließlich in den Pufferluftkanal 124 in dem hinteren Deckel 48 strömen kann. Infolge davon befindet sich Luft in dem vorderen Pufferlufthohlraum 122 in Fluidverbindung mit Luft in dem hinteren Pufferluftkanal 124. Die Hohlräume 122, 124 in Kombination mit den Kanälen 132 und 142 und den Vertiefungen 134 wirken zusammen, um eine durchgehende Kammer zum Puffern von Luft festzulegen, die sich axial durch die Lagerkammer erstreckt. Die Kammer weist Ringform auf und erstreckt sich von der Vorderseite der Lagerkammer 24 zur Rückseite der Lagerkammer 24 und umgibt den Ölhohlraum, um gegenüber diesem eine Wärmeisolation bereitzustellen.
Wie außerdem in Fig. 5 gezeigt, befinden sich radial einwärts von den Kanälen 140 und 142 beabstandet mehrere umf angsmäßig voneinander beabstandete Kanäle 144. Die Kanäle 144 verbinden den vorderen abgedichteten Lufthohlraum 118 mit dem hinteren abgedichteten Lufthohlraum 120 und erlauben eine Fluidverbindung dazwischen. Infolge davon wirken die Kanäle 144 und die Hohlräume 118, 120 zusammen, um einen durchgehenden abgedichteten Lufthohlraum festzulegen, der sich axial durch die Lagerkammer erstreckt. Der abgedichtete Hohlraum weist Ringform auf und ist sowohl in radialer wie in axialer Richtung durch die durchgehende Pufferluftkammer umgeben.
Die radial inneren Kanäle 144 sind von den anderen Kanälen 140 und 142 in der Wand 36 durch dünne, sich umfangsmäßig erstrekkende Rippen 146 und sich radial erstreckende Rippen getrennt. Die Kanäle 140 und 142 sind voneinander durch sich radial erstreckende Rippen 150 getrennt. Die dünnen sich umfangsmäßig und radial erstreckenden Rippen 146, 148, 150 ermöglichen es, daß das Gehäuse 34 sich während des Maschinenbetriebs verbiegen kann. Während des Maschinenbetriebs ist insbesondere die Temperatur des Gehäuses am Außenumfang bzw. -rand 154 des Gehäuses 34 am höchsten und am niedrigsten an der radial am weitesten innengelegenen Fläche 152 des Gehäuses. Die Wärmekonkurrenz, die zwischen den Innen- und Außenflächen 152, 154 stattfindet, wird durch das System von radialen und umfangsmäßigen Rippen 146, 148, 150 in dem Gehäuse 34 aufgenommen. Ölablauflöcher 156 sind in der Nähe des Innenumfangs bzw. -rands 158 der Wand 36 vorgesehen.
Die Lagerkammer gemäß der vorliegenden Erfindung löst ein kompliziertes Problem, mit dem sich Konstrukteure von modernen Gasturbinenmaschinen lange Zeit beschäftigt haben, nämlich, wie in einer sehr kleinen einteiligen Struktur sämtliche Funktionen eines komplexen sekundären Luftsystems und einer thermisch stabilen Lagertragstruktur kombiniert werden können, welche die richtige Steifigkeit und Flexibilität aufweist, um die Anforderungen an die Rotordynamik zu befriedigen. Dieses Problem wird durch das erfindungsgemäße System von Lufthohlräumen und Verbindungsdurchlässen gelöst, das die Lagerkammer 26 von dem weiten Bereich von Lufttemperaturen abschirmt, die während des Maschinenbetriebs angetroffen werden, wobei außerdem ein Pufferdichtungssystem bereitgestellt wird, das die Luftmenge minimiert, die hinter den Kohlenstoffdichtungen aus und in den Ölhohlraum während des Maschinenbetriebs einleckt. Die Lagerkammer gemäß dieser Erfindung spielt außerdem eine wichtige Rolle beim Schützen des Ölhohlraums, wenn die Kohlenstoffdichtungen während des Maschinenbetriebs verschleißen oder beschädigt werden; die Pufferlufthohlräume minimieren schließlich die Größe des Maschinenölkühlers, der erforderlich ist, um Wärme aus dem Maschinenöl zu extrahieren, wodurch sowohl Kosten wie Gewicht der Maschine eingespart werden.

Claims

1. Ringförmige Lagerkammer (24) für eine Strömungsmaschine, die eine Welle (10) umfaßt, die sich axial durch die Naschine hindurch erstreckt, wobei die Lagerkammer (24) die Welle (10) trägt und eine ringförmige Lagerbaugruppe (26) koaxial mit der Welle (10) aufweist, und wobei die Lagerbaugruppe (26) aufweist: einen inneren Lagerlaufring (28), der drehbar auf der Welle (10) befestigt ist, einen äußeren Lagerlaufring (30), der mit Abstand radial nach außen vom inneren Lagerlaufring (28) angeordnet ist, und eine Vielzahl von peripher mit Abstand angeordneten Rollenlagern (32) zwischen dem inneren und dem äußeren Lagerlaufring (28, 30), wobei die Lagerkammer außerdem ein ringförmiges Lagergehäuse (34) aufweist, das eine erste Stirnseite (68) und eine zweite Stirnseite (12) aufweist, wobei die erste Stirnseite (68) eine erste Dichtung (70) umfaßt, und die zweite Stirnseite (12) eine zweite Dichtung (14) umfaßt, die erste und zweite Dichtung (10, 14) so ausgeführt sind, daß das Lagergehäuse (34) an der ersten und zweiten Stirnseite (68, 12) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet wird, und das Lagergehäuse (34) und die Dichtungen (70, 14) einen abgedichteten, ringförmigen Ölhohlraum (44) begrenzen, der die Lagerbaugruppe (26) um die Welle (10) herum umgibt, wobei die Rollenlager (32) Innerhalb des Ölhohlraumes (44) angeordnet sind, und wobei die Lagerkamer (24) dadurch gekennzeichnet ist, daß:

eine erste Wand (50, 54) vom Lagergehäuse (34) zwischen der ersten und zweiten Stirnseite (68, 72) des Lagergehäuses (34) im Abstand angeordnet und um dieses herum abgedichtet ist, wobei die erste Wand (50, 54) und das Lagergehäuse (34) einen ersten abgedichteten, ringförmigen Lufthohlraum (118, 120), der den Ölhohlraum (44) umgibt, zwischen der ersten und zweiten Stirnseite (68, 12) des Lagergehäuses (34) begrenzen; und

eine zweite Wand (52, 56), die eine erste Stirnseite (60) und eine zweite Stirnseite (64) aufweist, wobei die zweite Wand (52, 56) einen Abstand von der ersten Wand (50, 54) aufweist und an der ersten und zweiten Stirnseite (60, 64) der zweiten Wand (52, 56) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet ist, und wobei die zweite Wand (52, 56) einen zweiten abgedichteten, ringförmigen Lufthohlraum (122, 124) begrenzt, der den ersten abgedichteten, ringförmigen Lufthohlraum (118, 120) und die erste und zweite Dichtung (10, 74) des Lagergehäuses (34) umgibt.

2. Ringförmige Lagerkammer (24) für eine Strömungsmaschlne, die eine Welle (10) umfaßt, die sich axial durch die Maschine hindurch erstreckt, wobei die Lagerkammer (24) die Welle (10) trägt und eine ringförmige Lagerbaugruppe (26) koaxial mit der Welle (10) aufweist, und wobei die Lagerbaugruppe (26) aufweist: einen Inneren Lagerlaufring (28), der drehbar auf der Welle (10) befestigt ist, einen äußeren Lagerlaufring (30), der mit Abstand radial nach außen vom inneren Lagerlaufring (28) angeordnet ist, und eine Vielzahl von peripher mit Abstand angeordneten Rollenlagern (32) zwischen dem Inneren und dem äußeren Lagerlaufring (28, 30), wobei ein ringförmiges Lagerhäuse (34) aufweist: eine axial liegende Vorderwand (36), die eine vordere Dichtung (70) umfaßt, und eine axial liegende Rückwand (38), die eine hintere Dichtung (74) umfaßt, wobei die vordere und hintere Dichtung (70, 74) so ausgeführt sind, daß die Vorderwand und die Rückwand (36, 38) des Lagergehäuses (34) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet werden, wobei die Vorderwand und die Rückwand (36, 38) des Lagergehäuses (34) einen abgedichteten, ringförmigen Ölhohlraum (44) begrenzen, der die Lagerbaugruppe (26) um die Welle (10) herum umgibt, und die Rollenlager (32) innerhalb des Ölhohlraumes (44) angeordnet sind, und wobei die Lagerkammer (24) dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein vorderer Deckel (46) an der Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) und ein hinterer Deckel (48) an der Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) befestigt sind, wobei jeder Deckel (46, 48) mit Abstand angeordnete Innenwände (50, 54) und Außenwände (52, 56) aufweist, die Innenwand (50) des vorderen Deckels (46) mit Abstand von der Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) angeordnet und abgedichtet ist, wobei eine Stirnselte um die Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) angrenzend an die vordere Dichtung (70) des Lagergehäuses (34) über die Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) abgedichtet ist, wobei die Innenwand (50) des vorderen Deckels (46) und die Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) einen vorderen abgedichteten Lufthohlraum (118) angrenzend an den Ölhohlraum (44) begrenzen, und die Innenwand (54) des hinteren Deckels (48) mit Abstand von der Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) angeordnet und abgedichtet ist, wobei eine Stirnseite um die Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) angrenzend an die hintere Dichtung (74) des Lagergehäuses (34) über die Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) abgedichtet ist, wobei die Innenwand (54) des hinteren Deckels (48) und die Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) einen hinteren abgedichteten Lufthohlraum (120) angrenzend an den Ölhohlraum (44) begrenzen, und wobei die Innenwand (50) und die Außenwand (52) des vorderen Deckels (46) einen vorderen Pufferlufthohlraum (122) angrenzend an den vorderen abgedichteten Lufthohlraum (118) begrenzen, und wobei die Außenwand (52) des vorderen Deckels (46) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet ist, und die Innenwand (54) und die Außenwand (56) des hinteren Deckels (48) einen hinteren Pufferlufthohlraum (124) angrenzend an den hinteren abgedichteten Lufthohlraum (120) begrenzen, wobei die Außenwand (56) des hinteren Deckels (48) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet ist.

3. Lagerkammer (24) nach Anspruch 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und hintere abgedichte Lufthohlraum (118, 120) mittels sich axial erstreckender abgedichteter Luftkanäle (144) miteinander in einer Strömungsverbindung sind, derartige abgedichtete Luftkanäle (144) sich vom vorderen Deckel (46) zum hinteren Deckel (48) erstrecken, die abgedichteten Luftkanäle (144) und die Deckelwände (50, 54) zusammenwirken, um einen rlngförmigen, sich axial erstreckenden abgedichteten Lufthohlraum (118, 120) angrenzend an den Ölhohlraum (44) zu begrenzen, und die Pufferlufthohlräume (122, 124) mittels sich axial erstreckender Pufferluftkanäle (132, 142) miteinander in einer Strömungsverbindung sind, wobei sich die Pufferluftkanäle (132, 142) vom vorderen Deckel (46) zum hinteren Deckel (48) erstrecken, wobei die Pufferluftkanäle (132, 142) und die Deckelwände (52, 56) zusammenwirken, um einen rlngförmigen, sich axial erstreckenden Pufferlufthohlraum (122, 124) angrenzend an den abgedichteten Lufthohlraum (118, 120) zu begrenzen.

4. Lagerkammer (24) nach Anspruch 3, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Luftkanäle (144) eine Vielzahl von abgedichteten Luftkanälen (144) aufweisen, die elliptisch geformt und peripher mit Abstand im Lagergehäuse (34) angeordnet sind.

5. Lagerkammer (24) nach Anspruch 3, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferluftkanäle (132, 142) eine Vielzahl von Pufferluftkanälen (132, 142) aufweisen, die elliptisch geformt und peripher mit Abstand im Lagergehäuse (34) angeordnet sind.

6. Lagerkammer (24) nach Anspruch 3, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Luftkanäle (144) eine Vielzahl von abgedichteten Luftkanälen (144) aufweisen, die elliptisch geformt und peripher mit Abstand im Lagergehäuse (34) angeordnet sind, und die Pufferluftkanäle (132, 142) eine Vielzahl von Pufferluftkanälen (132, 142) aufweisen, die elliptisch geformt und peripher mit Abstand im Lagergehäuse (34) angeordnet sind.

7. Lagerkamer (24) nach Anspruch 6, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die abgedichteten Luftkanäle (144) radial nach Innen von den Pufferluftkanälen (132, 142) vorhanden sind.

8. Lagerkamer (24) nach Anspruch 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und hintere Deckel (46, 48) jeweils eine Vielzahl von Kanälen darin umfassen, und das Lagergehäuse (34) eine Vielzahl von Kanälen darin umfaßt, wobei die Kanäle in den Deckeln (46, 48) und dem Lagergehäuse (34) zusammenwirken, um eine Vielzahl von Leitungskanälen zu begrenzen, die zulassen, daß Gase durch die Lagerkammer (24) hindurchströmen.

9. Ringförmige Lagerkammer (24) für eine Strömungsmaschine, die eine Welle (10) umfaßt, die sich axial durch die Maschine hindurch erstreckt, wobei die Lagerkamer (24) die Welle (10) trägt und eine ringförmige Lagerbaugruppe (26) koaxial mit der Welle (10) aufweist, und wobei die Lagerbaugruppe (26) aufweist: einen inneren Lagerlaufring (28), der drehbar auf der Welle (10) befestigt ist, einen äußeren Lagerlaufring (30), der mit Abstand radlal nach außen vom Inneren Lagerlaufring (28) angeordnet ist, und eine Vielzahl von peripher mit Abstand angeordneten Rollenlagern (32) zwischen dem Inneren und dem äußeren Lagerlaufring (28, 30), wobei ein ringförmiges Lagerhäuse (34) aufweist: eine axial liegende Vorderwand (36), die eine vordere Dichtung (70) umfaßt, und eine axial liegende Rückwand (38), die eine hintere Dichtung (74) umfaßt, wobei die vordere und hintere Dichtung (70, 74) so ausgeführt sind, daß die Vorderwand und die Rückwand (36, 38) des Lagergehäuses (34) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet werden, wobei die Vorderwand und die Rückwand (36, 38) des Lagergehäuses (34) einen abgedichteten, ringförmigen Ölhohlraum (44) begrenzen, der die Lagerbaugruppe (26) um die Welle (10) herum umgibt, und die Rollenlager (32) innerhalb des Ölhohlraumes (44) angeordnet sind, und wobei die Lagerkammer (24) dadurch gekennzeichnet ist, daß:

ein vorderer Deckel (46) an der Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) und ein hinterer Deckel (48) an der Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) befestigt sind, wobei jeder Deckel (46, 48) mit Abstand angeordnete Innenwände (50, 54) und Außenwände (52, 56) aufweist, die Innenwand (50) des vorderen Deckels (46) mit Abstand von der Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) angeordnet und mit dieser abgedichtet ist, wobei eine Stirnseite der Innenwand (50) um die Vorderwand (36) des Lagergehäuses (34) angrenzend an die vordere Dichtung (70) des Lagergehäuses (34) abgedichtet ist und einen vorderen abgedichteten Lufthohlraum (118) angrenzend an den Ölhohlraum (44) begrenzt, und die Innenwand (54) des hinteren Deckels (48) mit Abstand von der Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) angeordnet und mit dieser abgedichtet ist, wobei eine Stirnseite der Innenwand (54) um die Rückwand (38) des Lagergehäuses (34) angrenzend an die hintere Dichtung (74) des Lagergehäuses (34) abgedichtet ist und einen hinteren abgedichteten Lufthohlraum (120) angrenzend an den Ölhohlraum (44) begrenzt, wobei der vordere und hintere abgedichtete Lufthohlraum (118, 120) mittels peripher mit Abstand angeordneter elliptischer Kanäle (144) miteinander in einer Strömungsverbindung sind, die sich axial vom vorderen Deckel (46) zum hinteren Deckel (48) erstrecken, um einen ringförmigen, sich axial erstreckenden abgedichteten Lufthohlraum angrenzend an den Ölhohiraum (44) zu begrenzen, die Innenwand und die Außenwand (50, 52) des vorderen Deckels (46) einen vorderen Pufferlufthohlraum (122) angrenzend an den vorderen abgedichteten Lufthohlraum (118) begrenzen, wobei eine Stirnseite der Außenwand (52) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet ist, und die Innenwand und Außenwand (54, 56) des hinteren Deckels (48) einen hinteren Pufferlufthohlraum (124) angrenzend an den hinteren abgedichteten Lufthohlraum (120) begrenzen, wobei eine Stirnseite der Außenwand (56) um die Welle (10) herum beim Betrieb abgedichtet ist, und wobei die Pufferlufthohlräume (122, 124) mittels peripher mit Abstand angeordneter elliptischer Kanäle (132, 142) miteinander in einer Strömungsverbindung sind, die sich axial vom vorderen Deckel (46) zum hinteren Deckel (48) erstrecken, um einen ringförmigen, sich axial erstreckenden Pufferlufthohlraum angrenzend an den abgedichteten Lufthohlraum zu begrenzen, und die vordere und hintere Dichtung (70, 74) des Lagergehäuses (34) umgeben.