DE892402C - Lagerung fuer Gasturbinenlaeufer mit Waermeschutz - Google Patents

Description

• Lagerung für Gasturbinenläufer mit Wärmeschutz Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung für Gasturbinenläufer.
• Es liegt im Wesen des Betriebes einer Gasturbine, .daß der Gasturbinenläufer von .dem Treibmittel eine beträchtliche Wärmemenge aufnimmt.
• Bei bekannten Ausführungsformen wird ein erheblicher Teil dieser Wärme auf die Turbinenwelle: übertragen. Zur Vermeidung einer unzulässigen Erhöhung der Wellentemperatur wurde bereits vorgeschlagen, die von der Turbinenwelle aufgenommene Wärme durch ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel, welches innerhalb der hohl ausgebildeten Turbinenwelle entlang strömt, abzuführen. Auch ist es bekannt, zwischen Gasturbinenläufer und Wellenlager ein Gebläse anzuordnen, durch welches eine zusätzliche Kühlung ,der Turbinenläuferscheibe ermöglicht werden soll. Es ist ferner bekannt, zwischen Turbinenläufer und Wellenlager einen besonderen Wellenkühlraum anzuordnen, wobei die Welle an :der Stelle des Kühlraumes mit geringem Spiel von einer Buchse umgeben ist, in welcher Druckwasser fließt, das die von der Welle aufgenommene Wärme ableiten soll. Aus dem Bau radial durchströmter Gasturbinen ist es bekannt, das Gasturbinenlaufrad gegenüber den Einwirkungen des heißen Treibmittels durch eine Scheibe aus wärmebeständigem Werkstoff zu schützen. Eine solche Scheibe stellt jedoch nur einen Oberflächenschutz ..des Laufrades gegen Verzunderüng infolge der hohen Trebmitteltemperaturen dar und ist wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit nicht dazu geeignet, auch den Wärmeübergang vom Treibmittel auf,dasLaufrad zu verhindern oder herabzusetzen-.
• rotz dieser- genannten Maßnahmen gelingt es jedoch nicht, insbesondere bei Gasturbinen höherer Leistung, die auf die Turbinenwelle übertragene schädliche Wärme restlos aus der Turbinenwelle zu entfernen, so daß Wellenbrüche infolge zu hoher Temperatur der Turbinenwelle und Lagerbeschädigungen infolge Klemmeis immer. wieder auftreten.
• Diese Nachteile sollen gemäß der Erfindung dadurch behoben werden, daß zwischen dem Läufer und der Turbinenwelle eine Buchse aus einem Werkstoff schlechten Wärmeleitvermögens angeordnet ist. Da es zur Zeit noch keinen wärmeisolierenden Werkstoff gibt, dessen Festigkeit ausreicht, um auch das Drehmoment aufzunehmen und weiterzuleiten, kann die Übertragung des Drehmomentes vom Läufer auf die TurbinenwelIe zunächst nicht durch die Buchse selbst erfolgen. Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, eine seitlich des Läufers angeordnete, auf der Turbinenwelle umdrehbar befestigte Muffe vorzusehen, die mit der Nabe des Läufers drehmömerntübertragend in Verbindung steht. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, .daß die Muffe einerseits durch eine seitlich an ihr angeordnete Stirnverzahnung mit einer an der entsprechenden Seite der Läufernabe angeordneten Stirnverzahnung umdrehbar im Eingriff steht und andererseits über eine auf der Welle außen angebrachte Außenkerbverzahnung und eine in der Muffe angeordnete Innenkerbverzahnüng mit der Turbinenwelle umdrehbar verbunden ist.
• Es ist zwar bei Laufrädern von Kreiselmaschineu, welche chemischen Angriffen ausgesetzt sind (Säurepumpen), bekannt, ,zwischen Laufrad und Welle eine Buchse aus chemisch nicht angreifbarem Baustoff einzusetzen. Eine solche Ausführungsform ist -jedoch zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht geeignet.
• Nachdem es durch hie Erfindung gelingt, die Welle einer Gasturbine mit genügender Sicherheit hinreichend vor Wärmebeanspruchungen durch das Treibmittel zu schützen, bietet sich die Möglichkeit zur Schaffung einer außerordentlich leichten Gasturbinenleistungsübertragung, wie sie beispielsweise beim Antrieb des Laders eines Flugzeugmotors durch eine Abgasturbine seit langem erstrebt wird. Da für die Welle die Gefahr der Verwerfung infolge übermäßiger Erwärmung nicht mehr besteht, ist es möglich, .die Turbinenwelle besonders dünnwandig herzustellen und sie nicht zur Übertragung des Drehmomentes heranzuziehen: Das geschieht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, @daß die Turbinenhohlwelle in dem gleichen Wellenabschnitt, in welchem sich außen die Außenkerbveräahnung#befindet, mit einer Innenkerbverzahnung versehen ist, :derart, daß das Wellendrehmoment nur innerhalb der .durch die beiden Verzahnungen begrernzten 'Zone der Turbinenwelle radial übertragen wird und daß in die Innenkerbverzahnung der nicht mit dem Leistungsverbraucher unmittelbar verbundenen und kein Drehmoment übertragenden Turbinenwelle das eine mit einer Außenkerbverzahnung versehene Ende einer Arbeitswelle eingreift, die mit ihrem anderen Ende mit dem Leistungsverbraucher in Wirkverbindung steht. Die durch diese Ausführungsform .einer Gasturbinenleistungsübertragung erzielte Gewichtsersparnis ist bedeutend.
• Zur weiteren Vervollkommnung dererfinderischen Lösung wird noch vorgeschlagen, :daß zwischen .dem Läufer und dem Lager ein Ring aus einem Werkstoff schlechten Wärmeleitvermögens angeordnet .ist, der einen an seine Innenseitenfläche sich stumpf- oder spitzwinklig anschließenden schirmartigen Fortsatz hat, derart, daß die vom Turbinenläufer unmittelbar oder mittelbar ausgehende Wärmestrahlung abgelenkt und auf das Maschinengehäuse geworfen (reflektiert) wird.
• Der Vorteil der Erfindung liegt in. der Erhöhung der Betriebssicherheit einer Gasturbinenanlage. Durch die erfindungs.gemäßeAnordnung von wärmeisolierenden Einrichtungen gelingt es, :die sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Wärmestra'hlung hervorgerufene unzulässige Erwärmung der Turbinenwelle zu unterbinden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es möglich ist, die Turbinenwelle hohl auszuführen, wobei die Wandstärke der Hohlwelle erheblich unter den üblichen Abmessungen liegen kann, weil die Turbinenwelle weder zur Übertragung ,des Drehmomentes @herangeszogen noch durch Wärmespannung belastet wird. Insbesondere in dem Falle, wo es auf leichtes Gewicht einer Gasturbinenleistungsübertragung ankommt, wie beispielsweise bei der Übertragung der Abgasturbinenleistung eines Flugmotors auf .den Lader, ergibt die Anwendung dererfindungsmäßi.gen AusführungsformeineerheblicheGewichtsersparnis.
• Es ist zwar bekannt, das Drehmoment einer Turbine auf eine als Sperrvorrichtung ausgebildete Hohlwelle zu übertragen, ,die an ihrem Ende mit einer Innenverzahnung und etwa in der Mitte ihrer Erstreckung mit einer Außenverzahnung versehen ist. Eine solche Hohlwelle ist jedoch zur Lösung der vorliegenden Erfindungsaufgabe nicht :geeignet, da .die beiden Verzahnungen -in einem das Drehmoment in Längsrichtung weiterleitenden Abstand voneinander angeordnet sind.
• Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar den Mittellängsschnitt durch einen Turbinenläufer dar. Auf der dünnwandigen Turbinenwelle i ist der Turbinenläufer 2 unter Zwischenschaltung der aus einem die Wärme schlecht leitenden Werükstoff bestehenden Buchse 3 drehbar befestigt. Zur Übertragung des Drehmomentes vom Läufer :2 auf die Turbinenwelle i ist eine Muffe q. angeordnet, die einerseits durch eine seitlich an ihr angeordnete Stirnverzahnung 6a mit einer an der entsprechenden Seite der Läufernabe 2a vorgesehenen Stirnverzahnung 6b undrehbar im Eingriff steht und andererseits über eine auf der Welle außen angebrachte Außenkerbverzahnung 5a und eine in der Muffe q. angeordnete Innenkerbverizahnung 5b mit der Turbinenwelle uridrehbar verbunden ist. Die Turbinenwelle i ist bei 7 und 8 gelagert. Das Gehäuse der Gasturbine ist durch die Ringdichtungen 1o nach außen abgedichtet. Zwischen diesen Ringdichtungen 1o und den Lagern 7 und 8 sind Ringe i i aus einem Werkstoff schlechten Wärmeleitvermögens angeordnet. jeder dieser Ringe i i hat an seiner Innenseite einen sich stumpf- oder spitzwinklig anschließeniden schirmartigen Fortsatz 15, durch welchen die vom Turbinenläufer unmittelbar oder mittelbar ausgehende Wärmestrahlung abgelenkt und auf das Maschinengehäuse .geworfen wird.
• Die hohle Turbinenwelle i ist in dem Teil, an welchem sich außen die Kerbverzahnung 5a befindet, mit einer Innenkerbverzahnung 5c versehen. In diese Kerbverzahnung greift die Außen'kerbverzahnung 5d einer das Drehmoment übertragenden Arbeitswelle 9 ein. Die Arbeitswelle 9 ibesitzt an ihrem dem Laufrad des Laders, 12 zugekehrten Ende eine Kerbverzahnung 12a, welche mit einer in der Bohrung 14. des Laderlaufrades 12 angeordneten Kerbverzaihnung 12b ebenfalls im Eingriff steht.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Lagerung für Gasturbinenläufer, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Läufer (2) und der Turbinenwelle (i) eine Buchse (3) aus einem Wer(kstoff schlechten Wärmeleitvermögens angeordnet ist.
2. 2. Lagerung für Gasturbinenläufer nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine seitlich des Läufers (2) angeordnete, auf der Turbinenwelle uridrehbar befestigte Muffe (q.), die mit der Nabe (2a) des Läufers (2) drehmomentübertragend in Verbindung steht.
3. 3. Lagerung für Gasturbinenläufer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (q.) einerseits :durch eine seitlich an ihr angeordnete Stirnverzahnung (6a) mit einer an der entsprechenden Seite der Läufernabe (2a) angeordneten Stirnverzahnung (6b) uridrehbar im Eingriff steht und- andererseits über eine auf der Welle (i) außen angebrachte Außenkerbverzahnung (5a) und eine in der Muffe (q.) angeordnete Innenkerbverzahnu.ng (5b) mit der Turbinenwelle (i) uridrehbar verbunden ist. q..
4. Lagerung für Gasturbinenläufer nach Anspruch 3 mit hohler Turbinenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenho'hlwelle (i) in dem gleichen Wellenabschnitt, in welchem sich außen die Außenkerhverzahnung (5a) befindet, mit einer Innenkerbiverzahnung (59 versehen ist, derart, daß das Wellendrehmoment nur innerhalb der durch die beiden Verzahnungen (5a und 5c) begrenzten Zone der Turbinenwelle radial übertragen wird und daß in die Innenkerbverzahnung (5c) der nicht mit dem Leistungsverbraucher (12) unmittelbar verbundenen und kein: Drehmoment übertragenden Turbinenwelle das eine mit einer Außenkerbverzahnung (5d) versehene Ende einer Arbeitswelle (9) eingreift, die mit ihrem anderen Ende mit dem Leistungsverbraucher in Wirkverbindung steht.
5. 5. Lagerung fürGasturbinenläufer nach einem .der Ansprüche i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Läufer (2) und dem Lager (7, 8) ein Ring (11) aus einem Werkstoff schlechten Wärmeleitvermögens angeordnet ist, der einen an seine Innenseitenfläche sich stumpf-oder spitzwinklig anschließenden schirmartigen Fortsatz (15) hat, derart, daß die vom Turbinenläufer unmittelbar oder mittelbar ausgehende Wärmestrahlung abgelenkt und auf das Maschinengehäuse Geworfen (reflektiert) wird.