DE930958C

DE930958C - Laeufer fuer Gas- und Abgasturbinen

Info

Publication number: DE930958C
Application number: DEK14657A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing Homola; Georg Oberlaender
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1952-06-28
Filing date: 1952-06-28
Publication date: 1955-07-28

Description

Läufer für Gas- und Abgasturbinen Bei Läufern für Gas- und Abgasturbinen muß dem `'Wärmeschutz ihrer Lagerstellen besondere Sorgfalt zugewendet werden. Beispielsweise ist es bekannt, durch Anordnung wärmeisolierender oder schlecht wärmeleitender Körper zwischen dem heißen Turbinenrotor und der Läuferwelle das Wärmeleitvermögen von dem heißen Rotor in die Welle zu den Lagerstellen möglichst klein zu halten.
Der Wärmeübergang kann ferner klein gehalten werden durch die Verwendung von Kühlmitteln an den Stellen, ü1uer welche im wesentlichen der Wärmeübergang erfolgt.
Eine weitere Möglichkeit des Wärmeschutzes besteht darin, daß man der Wärme gestattet, einen anderen Weg leichter zu gehen als den vom heißen Turbinenrotor in die Läuferwelle.
Die Erfindung macht von der zuletzt genannten Möglichkeit Gebrauch und hat- einen besonders günstigen Aufbau eines Läufers für Maschinenanlagen der eingangs genannten Art zum Gegenstand. Die Erfindung knüpft an die bekannten Läufer für Gas- und Abgasturbinen an, bei denen eine topfförmige Hohlwelle vorgesehen ist, an deren Bodenaußenseite der Turbinenrotor und auf deren Mantelteil der Gebläserotor angeschlossen sind und in deren Inneres ein nie Lager der Läuferwelle aufnehmender Rohrträger hineinragt.
Die Erfindung besteht darin, daß an der Bodeninnenseite der als Wärmeschirm dienenden Topfwelle die eigentliche Läuferwelle lösbar angeschlossen i,st, wobei der Ouerschnitt des Bodenteiles der Topfwelle in Richtung der Wärmeleitung zum Gebläse größer ist als die Berührungsstellen auf seiner Innenseite mit der eigentlichen Läuferwelle.
Die erfindungsgemäß gestaltete, zwischen dem heißen Turbinenrotor und der Läuferwelle liegende topfförmige Hohlwelle leitet die vom heißen Turbinenrotor kommende Wärme in ihren Mantelteil und damit in das Gebläse und drosselt den Wärmeübergang von der heißen Turbine zur Läuferwelle, oder mit anderen Worten, die größte Menge der vom Turbinenrotor ankommenden Wärme fließt zum Gebläse, während ein nur ganz geringer Teil über die Läuferwelle zu deren Lagerstellen durchfließen kann, wo sie durch entsprechende Anordnung von Kühlmitteln, z. B. Durchspülung von Schmieröl, abgeführt wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Anordnung bewirkt also mit einfachen Mitteln einen wesentlich stärkeren Wärmeschutz der Lagerstellen der beschriebenen Maschinengattung und ermöglicht es., die Turbine heißer zu betreiben. Es kann eine im Ausmaß :geringere Rückkühlung des Kühl- bzw. Schmieröles vorgesehen werden, ohne daß sich höhere Lagertemperaturen einstellen als bei den bisher bekannten Anordnungen. Vorteilhaft weiden weiterhin die Berührungsstellen bzw. die Berührungsflächen der Turbine mit der Außenseite des Bodens der Hohlwelle und gegebenenfalls der Läuferwelle mit der Innenseite des Bodens so klein wie möglich gehalten und beschränken sich vorzugsweise in Form kleiner Butzen nur auf die unmittelbare Umgebung der Befe.stigungs- und Zentrierstellen.
Durch die zuletzt genannte zusätzliche Maßnahfne wird bewirkt, daß schon die vom Turbinenrotor kommende Wärmemenge klein. gehalten wird und außerdem die Wärmemenge, die möglicherweise in die Läuferwelle eintreten kann, ebenfalls klein gehalten wird.
Durch die Anordnung zusätzlicher wärmeisolierender Körper zwischen der Turbinenscheibe und der topfförmigen Hohlwelle und gegebenenfalls auch zwischen der eigentlichen Läuferwelle und der Innenseite des Wellenbodens kann der Wärmefluß noch verstärkt gedxoaselt werden.
Außerdem kann eine Verstärkung des Wärmeschutzes der Lagerstellen durch die Anordnung zusätzlicher, z. B. mit Luft oder Öl arbeitender Kühleinrichtungen vorzugsweise an der Welle oder an den Lagern selbst erreicht werden.
Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
Abb. i gibt einen Längsschnitt durch ein Abgasturbogebläse wieder; Abb. 2 zeigt den Anschlußflansch der Läuferwelle des Abga-sturbogebläses nach Abb. i in axialer Draufsicht.
Die Scheibe i einer Radialturbine 2 ist über eine Wärmedehnungen ausgleichende Hülse 3 und mittels Paßstiften q. und Schraubenbolzen 5 mit einer topfförmigen Hohlwelle 6 an der Außenseite des Topfbodens verbunden. Am Mantelteil der Hohlwelle 6 ist das Gebläse 7 angeordnet. Die eigentliche Läuferwelle 8 ist an der Innenseite des Bodens der Hohlwelle 6 angeschlossen und in zwei Lagern 9 und io geführt, die ihrerseits in einem in die hohle Topfwelle 6 hineinragenden Rohrträger i i angeordnet sind. Die Berührungsstellen zwischen der Turbinenscheibe i und der Hohlwelle 6 sowie zwischen der Läuferwelle 8 und der Hohlwelle 6 sind butzenartig ausgebildet, wobei die in Abb.2 erkennbaren Butzen 2q: so klein wie möglich gehalten sind und sich auf die unmittelbare Umgebung der Schraubenbolzen 5 und der Paßstifte 4. beschränken, welche die Übertragung des Drehmomentes und die Befestigung der .drei Teile i, 6 und 8 gegeneinander bzw. die Zentrierung bewirken. Die zweifach gelagerte Hohlwelle 8 wird von Kühlöl durchspült, welches an dem Flanschstück zwischen dem Wellenende und der Innenseite des Bodens der topfförmigen Welle 6 sowie zu den Lagern 9 und io nach außen austreten kann. Hierdurch wird erreicht, daß die Welle 8 während des Betriebes der Maschine dauernd von dem Öl auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, außerdem nimmt der Gebläserotor durch seine Berührung mit der geförderten Luft eine bestimmte Temperatur an, die nur sehr wenig durch die geringe Wärmemenge beeinflußt wird, welche von der Turbine über die Wärmeausdehnungsdifferenzen ausgleichende Hülse 3 und die Hohlwelle 6 dem Gebläserotor zugeführt werden kann. Hierdurch -wird ein Temperaturgleichgewicht erreicht, welches sich so einstellt, daß sowohl die Läuferwelle 8 als auch die Hohlwelle 6 und das Gebläse 7 keine unzulässigen Temperaturen annehmen können. Das Schmier- bzw. Kühlöl fließt vom Falltank 12 durch die Hohlwelle 8,zu den Lagern 9 und io, aus denen es austritt und zum Ölsumpf 15 abfließt. Der Ölbehälter bzw. Falltank 12 wird durch eine Ölfördereinrichtung, z. B. eine Pumpe 13, während des Betriebes der Anlage dauernd voll Öl gehalten, wobei das zuviel geförderte 01 über den Überlauf 1q. in den Ö1,sumpf 15 abfließen kann. Die zentrale Anordnung .des Ölbehälters 12 bzw. 15 im Mittelteil des Ansaugschachtes 17 des Gebläses 7 sorgt für eine ausreichende Rückkühlung des durchlaufenden Öles.
Zwecks weiterer Drosselung des Wärmeüberganges von der Turbine an andere Bauelemente wird vorteilhaft auf der dem Gebläse zugewandten Seite der Turbinenscheibe ein gegen Wärmestrahlung schützender Schirm 18 vorgesehen, der durch Leckluft des Gebläses, die auf einer oder auf beiden Seiten des Schirmes entlang geführt werden kann, kühl gehalten wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die bei z9 austretende Leckluft durch den Spaltraum 2o und das Labyrinth 23 auf die dem Gebläse zugekehrte Seite des Schirmes 18 geführt und durch den Kanal ei und über die Gehäusetrennstelle 22 nach außen abgeführt. Der starke Wärmeschutz ist erwünscht., um den Gebläserotor möglichst kalt zu halten, damit er ausreichend viel Wärme aus der Welle 6 aufnehmen kann, um die Welle 8 bzw. deren Lagerstellen gegen schädlichen Wärmeeinfluß zu schützen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt also die Möglichkeit, daß sich während des Betriebes der Maschine zwischen Turbine und Gebläse ein Temperaturgleichgewichtszustand einstellen kann, der die Temperatur der Läuferwelle nur wenig beeinflußt und so einen wirksamen Temperaturschutz für die Lagerstellen bildet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann überall da Verwendung finden, wo ähnliche Betriebs- und Gestaltungsbedingungen vorliegen, wie bei einem Abgasturbogebläse.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Läufer für Gas- und Abgasturbinen mit einer topfförmigen Hohlwelle, an deren Bodenaußenseite der Turbinenrotor und auf deren Mantelteil der Gebläserotor angeschlossen .sind und in deren Inneres ein die Lager der Läuferwelle aufnehmender Rohrträger hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bodeninnenseite der als Wärmeschirm dienenden Topfwelle die eigentliche Läuferwelle lösbar angeschlossen ist, wobei der Querschnitt des Bodenteiles der Topfwelle in Richtung der `i'ärmeleitung zum Gebläse größer ist als die Berührungsstellen auf seiner Innenseite mit der Läuferwelle.
2. Läufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsstellen bzw. die Berührungsflächen der Turbine mit der Außenseite des Bodens der Hohlwelle und gegebenenfalls der Läuferwelle mit der Innenseite des Bodens in Form kleiner Butzen ausgebildet sind, die sich nur auf die unmittelbare Umg,#bung der Befestigungs- und Zentrierstellen beschränken.
3. Läufer nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Turbinenscheibe und der topfförmigen Hohlwelle und gegebenenfalls auch zwischen der eigentlichen Läuferwelle und der Innenseite des Topfbodens an sich bekannte wärmeisolierende Körper angeordnet .sind. ,
4. Läufer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferwelle in an sich bekannter Weise mit zusätzlichen Kühleinrichtungen, z. B. für Flüssigkeit- oder Luftkühlung, versehen ist,
5. Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Turbinenscheibe, topfförmige Hohlwelle und Läuferwelle und gegebenenfalls vorhandene Isolierscheiben mittels alle genannten Bauelemente durchdringenden Paßstiften und Schrauben verbunden und zentriert sind.
6. Läufer nach einem .der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Gebläse zugewandten Seite der Turbinenscheibe ein gegen Wärmeabstrahlung schützender Schirm vorgesehen ist.
7. Läufer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Leckluft aus dem Gebläse an einer oder an beiden Seiten des gegen Wärmestrahlung schützenden Schirmes entlang geführt wird, Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 686814; USA.-Patentschrift Nr. 2 322 824; Schweiz. Bauzeitung, 8d. 70, Nr. 18 vom 3. 5. 1952, S.264..