DE1158321B - Laeufer einer Axialstroemungsmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer einer Axialströmungsmaschine mit einer am Umfang angeordneten, mit Strömungsmittel beaufschlagten Kammer, die in Aussparungen des Gehäuses hineinragende Labyrinthdichtungen aufweist.

Bei den bekannten Läufern dieser Art dienen die mit Strömungsmittel beaufschlagte Kammer und die in ihr vorgesehenen in Aussparungen des Gehäuses hineinragenden Labyrinthdichtungen der Abdichtung des Läuferumfanges gegen das Gehäuse, wobei das Strömungsmittel zwischen dem Gehäuse und dem Läufer einen abdichtenden Druckmittelvorhang bildet.

Bei Maschinen, die mit hoher Betriebsdrehzahl arbeiten, sind die Läufer, insbesondere die am Außenumfang befindlichen Dichtungsanordnungen, großen Fliehkräften ausgesetzt, die dem Abstand vom Rotationsmittelpunkt und der Drehzahl direkt proportional sind. Diesem Umstand wurde bei den bekannten Konstruktionen dadurch Rechnung getragen, daß man die Läufer und die an ihrem Umfang angebrachten Dichtungen entsprechend kräftig und massiv gestaltete. Diese Lösung des Fliehkraftproblems ist natürlich mit dem Nachteil einer beträchtlichen Gewichtserhöhung verbunden. Besonders unerwünscht ist eine solche zusätzliche Gewichtserhöhung auf Anwendungsgebieten, bei denen ein möglichst geringes Gewicht angestrebt wird, wie dies beispielsweise auf dem Gebiet des Flugtriebwerksbaues der Fall ist.

Die Erfindung schlägt eine andere Lösung des Fliehkraftproblems vor, die die Verwendung leichtgewichtiger Läufer und Dichtungsanordnungen selbst bei sehr großen Drehzahlen gestattet und somit mit keinerlei Gewichtserhöhung verbunden ist. Diese Lösung besteht darin, daß der Druck in der Kammer erfindungsgemäß so hoch gehalten wird, daß eine wesentliche Minderung der Fliehkraftbeanspruchung des Läufers eintritt.

Bei den erfindungsgemäßen Läufern bieten die Labyrinthdichtungen in der Kammer dem Strömungsmittel eine ausgezeichnete wirksame Angriffsfläche, so daß bereits ein verhältnismäßig niedriger Druck des Strömungsmittels mit einer wirksamen Kompensation der Fliehkraftbeanspruchung des Läufers einhergeht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt die Zeichnung. Darin ist

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, die die Erfindung in Anwendung auf eine Turbine oder einen Kompressor zeigt, und

Läufer einer Axialströmungsmaschine

Anmelder:

General Electric Company,
Sehenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsberger Str. 19

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. März 1957 (Nr. 648 088)

Hamad Jasper Smile, Reading, Ohio,
und Elmir Edward Paulson, Madeira, Ohio

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 3 die perspektivische Ansicht einer weiteren möglichen Ausführung der Kammer am Läuferumfang.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 10, das z. B. das Gehäuse einer Turbine oder eines Kompressors oder ein sonstiges geeignetes ortsfestes Glied sein kann, bei dem die Erfindung angewendet wird. Das Gehäuse 10 hat vorzugsweise einen ausgesparten Teil 11 in der allgemeinen Form eines umlaufenden Ringes zur Aufnahme des rotierenden Gliedes. Obwohl die Aussparung in Ringform dargestellt ist, muß sie natürlich nicht diese Form haben. Auch braucht die Querschnittsform nicht die gleiche sein wie die auf der Zeichnung dargestellte, obwohl diese eine bevorzugte Ausführungsform ist.

Mit dem ortsfesten Glied wirkt ein allgemein bei 12 angedeutetes rotierendes Glied zusammen, das mit einer Scheibe 13 versehen sein kann, die auf einer Welle 14 gemeinsam mit dieser drehbar montiert ist. Normalerweise ist die Erfindung zur Anwendung bei einem rotierenden Glied 12 für hohe Drehzahlen bestimmt, obwohl dies natürlich nicht unbedingt der Fall sein muß. Eine solche Drehung mit hoher Drehzahl kommt im allgemeinen bei den umlaufenden Gliedern der Hauptbestandteile einer Gasturbinenanlage, z. B. einem Strahltriebwerk, vor.

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Die Drehung des Gliedes 12 mit hoher Drehzahl hat zur Folge, daß dessen Umfangsteil hohen Fliehkräften ausgesetzt ist. Um diesen Fliehkräften entgegenzuwirken, ist am Umfang des Gliedes 12 ein nach außen gerichtetes und sich über den Umfang erstrekkendes, in Abteile unterteiltes Glied, wie der Ring 15 von U-förmigem Querschnitt, vorgesehen, der innerhalb eines oder mehrerer zusätzlicher Ringe 16 von ähnlicher Ausbildung eingelegt sein kann. Die Ringglieder 15 und 16 ragen in die Aussparung 11 hinein, bis nahe an den Grund derselben, jedoch nicht bis zur vollen Berührung mit diesem, so daß ein Spiel aufrechterhalten bleibt. Dank der auszuübenden Kompensationskraft kann, wie aus dem folgenden hervorgeht, der Ring 15 und der Ring 16 aus äußerst leichtem und dünnem Blech hergestellt sein und in geeigneter Weise mittels beliebiger, herkömmlicher Mittel, z.B. durch Anschweißen an der Scheibe 13, befestigt sein. Die Ringglieder 15 und 16 können je nach der zu kompensierenden, auf das rotierende Glied 12 wirkenden Fliehkraft in beliebigem Abstand in der Querrichtung der Scheibe 13 angeordnet sein.

Zum Kompensieren der auf rotierende Glieder 12 wirkenden Fliehkräfte ist eine Druckmittel-Zufuhreinrichtung vorgesehen, die aus einer Leitung 17, entweder in dem ortsfesten oder dem rotierenden Glied, vorzugsweise im Gehäuse 10 besteht, die in der Mitte des in Abteile unterteilten Gliedes oder der Ringglieder 15 und 16 und des ausgesparten Teiles 11 mündet. Die Zufuhreinrichtung 17 kann von einer beliebigen Hochdrucklieferquelle 18 gespeist sein, die bei Anwendung bei einem Strahltriebwerk der normale Axialkompressor sein kann, wenn ein solcher verwendet wird, oder es kann eine Abgaslieferquelle verwendet werden.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Einrichtung geht aus der folgenden Beschreibung im Verein mit der Zeichnung hervor. Durch die Zuleitung 17 wird dem in Abteile unterteilten Bauteil ein Hochdruckmittel, ζ. Β. Luft, zugeführt, so daß zwischen den nach außen zu offenen U-förmigen Ringen 15 und 16 und der Aussparung 11 eine Druckkammer 19 gebildet wird. Je nach Querschnittsfiäche dieser Ringe kann offensichtlich die entwikkelte Kraft in bequemer Weise auf einen Wert gebracht werden, der ausreicht, um die infolge der dem rotierenden Glied 12 erteilten Drehung auf dieses wirkenden Fliehkräfte auszugleichen und zu kompensieren. Auf diese Weise wird eine wirksame Dichtung geschaffen, die den Durchtritt von strömungsfähigem Medium von einer Seite des Gliedes 12 auf die andere Seite desselben verhindert wird. Wenn außerdem Gas unter genügend hohem Druck zugeführt wird, kann das die Druckkammer 19 bildende, in Abteile unterteilte Glied genügend unter Druck gesetzt werden, so daß es ein Druckgaslager bildet und daß auf das normale Lager, das sonst notwendig wäre, um die Welle 14 zu lagern, verzichtet werden kann.

Fig. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem typischen Turbinen- oder Kompressorläufer. In diesem Falle kann das rotierende Glied 12 den Läuferteil des Kompressors oder der Turbine bilden. Die umlaufenden Schaufeln oder Flügel 20 können das in Abteile unterteilte Glied in der Form von Ringgliedern mit U-Querschnitt 15 und 16 tragen,

ίο die am äußeren Umfang derselben ähnlich der Konstruktion eines Umhüllungsringes befestigt sein können. Die Betriebsweise dieser besonderen Ausführungsform ist die gleiche wie bei jener nach Fig. 1. An Stelle der Ringe mit U-förmigem Querschnitt können in Abteile unterteilte Glieder nach Fig. 3 verwendet werden. Diese können eine Zellen- oder Honigwabenkonstruktion haben, wie dies bei 21 allgemein angedeutet ist, und in diesem Falle können, wie dargestellt, verschiedene Formen angewendet werden, um die Druckkammer 19 auszubilden, die dann in der gleichen Weise wirkt, wie im Falle der U-Ringkonstruktion. Die Form des in Abteile unterteilten Bauteiles kann abgewandelt werden, wobei zahlreiche Umrißformen möglich sind, und es können ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken seitliche Ringkammerbegrenzungen nach Fig. 3 vorgesehen und fortgelassen werden. Auch die Zellenkonstruktion nach Fig. 3 kann in beliebiger, geeigneter Weise an dem umlaufenden Glied, wie der Scheibe 13, befestigt sein.

Die Erfindung schafft also eine verhältnismäßig einfache Anordnung, die die Verwendung von leichtem und dünnem Blech gestattet, ohne daß die Nachteile der normalerweise auftretenden schädlichen Fliehkräfte dabei wirksam werden. Dementsprechend bestehen für die Erfindung geeignete Anwendungsmöglichkeiten bei mit hoher Drehzahl umlaufenden Teilen der Art, die bei den bereits erwähnten Strahltriebwerken verwendet werden, bei denen geringes Gewicht eine äußerst wichtige Rolle spielt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Läufer einer Axialströmungsmaschine mit einer am Umfang angeordneten, mit Strömungsmittel beaufschlagten Kammer, die in Aussparungen des Gehäuses hineinragende Labyrinthdichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Kammer (19) so hoch gehalten wird, daß eine wesentliche Minderung der Fliehkraftbeanspruchung des Läufers (13) eintritt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 723 167;
   französische Patentschrift Nr. 1145 388;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 685 429;

   Loschge-Schnakig, »Konstruktionen aus dem Dampfturbinenbau«, Berlin, 1938, S. 7, Abb. 43 b.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen