Gasturbinengetriebene Strömungsfördermaschine. Die vorliegende Erfindung bezieht sieb auf eine gasturbinengetriebene Strömungsförder- mascline, bei der zueinander in entgegenge setzter Richtung laufende Turbinenlaufräder je in gleicher Richtung laufende Verdichtungs räder mittels zweier ineinander angeordneter Wellen antreiben.
Sie besteht darin, dass eine von der axialen Richtung aus von innen nach aussen durchströmte Schaufelkombination der Fördermaschine derart ausgebildet ist, dass einer Sehaufelung mit radialem Austritt eine koaxiale gegenläufige Schaufelung vorgeschal tet ist, der das Druckmittel in axialer Rich- turg zuströmt und welche das vorkompri mierte Druckmittel an die Schaufelung mit radialem Austritt direkt abgibt.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in schematischer Weise dargestellt. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit gleichen Zahlen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform des Erfindungsgegen standes, in welcher einer Radialsehaufelung eine Zentrifugalschaufelung mit axialem Ein tritt vorgesetzt ist.
In Fig.2 wird eine Ausführung gezeigt, wobei das Gebläse aus einem ersten Zentrifu galschaufelrad besteht, dem ein Axialschaufel rad vor- und ein Axialschaufelrad nach geschaltet ist. Die Turbine ist als von innen beaufschlagte, gegenläufige Radialturbine ausgebildet. Fug. 3 zeigt ebenfalls im Axialschnitt eine gegenüber der Ausbildung nach Fig.2 ge änderte Lagerungsart der beiden ineinander drehenden Wellen, und Fig. 4 stellt zwei Querschnitte durch eine Ausbildung nach Fig. 2 bzw. 3 dar.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführung im Axialschnitt, wobei einem Zentrifugalrad ein mehrstufiges Axialrad vorgesetzt ist. Die Turbine ist als von aussen beaufschlagte gegen läufige Radialturbine ausgebildet.
Die Fig.6, 7 und 8 zeigen Axialschnitte weiterer Ausführungsbeispiele, die neben Unterschieden in den Schaufelungen noch besondere, unter sieh verschiedene Lagerungs arten der ineinander angeordneten, gegen läufigen Wellen veranschaulichen.
In Fig.1 ist. 1 das erste Gebläselaufrad mit seiner Zentrifugalsehaufelung 2, der das Fördermittel in axialer Richtung zugeführt wird. Dieses Rad 1 sitzt auf der innern Welle 3. 4 ist das zweite Laufrad des Gebläses mit seiner Radialschaufelung 5, die das vor komprimierte Druckmittel aus der Schaufe- lung 2 erhält und in radialer Richtung abgibt. Die Schaufelung 5 umschliesst die Zentrifugal- schaufelung 2 aussen.
Dieses Rad 4 ist. auf der äussern Welle 6 aufgekeilt und durch die Mutter 7 und den Keil 8 auf derselben fest gemacht. Die Gebläseräder werden fron zuein ander in entgegengesetzter Richtung laufen den Turbinenlaufrädern je in gleicher Rich tung mittels der Wellen 3 und 6 angetrieben, und werden durch das zweiteilige Gehäuse 9 umschlossen, welches einen Austrittsstutzen 11 besitzt. Die Förderluft strömt in Richtung der Pfeile von innen nach aussen durch die Schaufelkombination 2 und 5, 31 ist ein in neres Turbinenrad mit seiner Schaufelung 32.
Mittels der Mutter 33 und des Keils 34 ist dieses Rad auf der innern Welle 3 befestigt. Es ist ferner ein zweites Turbinenrad<B>35</B> mit seiner Radialschaufelung 36 angeordnet, welche Schaufelung 36 die Sehaufelung 32 aussen umfasst. Das Druckmittel tritt durch den Eintrittsstutzen 39 axial ein. Nach dem Austritt ans der Radialsehaufelung 36 gelangt das Druckmittel in das Austrittsgehäuse<B>37,</B> welches seitlich durch den zweiteiligen Deckel 38 abgeschlossen wird. In dem Stutzen 39 kann noch eine Leitsehaufelung 40 eingebaut sein. Die Ausbildung kann aber auch ohne eine solche Leitschaufelung ausgeführt werden. Die Turbinenscheibe 35 kann mit der äussern Welle 6 aus einem Stück sein. Beide Teile 35 und 6 können aber auch, wie wir später sehen, aus zwei trennbaren Stücken bestehen.
Für die Lagerung der innern Welle 3 sind drei Lager 60, 61 und 62 vorgesehen, und zwar befinden sich die Lagerstellen 60 und 61 in der äussern Welle 6 und das Lager 62, das auch als Axialdrucklager ausgebildet ist, be findet sich am freien Ende der innern Welle 3. Dort ist zur gleichzeitigen Befestigung der Radscheibe 1 eine Hülse 63 auf die innere Welle 3 aufgeschraubt. Auf dieser Hülse ist auch das Gebläserad 1 aufgeschraubt. Die zweiteilige Lagerbüchse 64 ist in einem zwei teiligen Lagerbock 65, 66 eingelassen, welcher an dem mit dem Gebläsegehäuse 9 zusammen hängenden Support 67 festgemacht ist.
Die äussere Welle 6 ist mittels der ein- oder zweiteiligen Lagerschale 80 in einem zwei teiligen Lagerbock 81, 82 festgehalten. Beid seits der Lagerschalen 80 sind noch Ölsehleu- derringe 83, 84 eingebaut. Diese können gleichzeitig auch zur Aufnahme des Axial- schtbes auf die Räder dienen, welche auf der äussern Welle festgemacht sind. Der untere Lagersupport 81 kann, wie gezeichnet, mit dem Gebläsegehäuse 9 aus einem Stück sein.
Die Zufuhr des Schmieröls zu der innern Welle gescliclt durch die Leitung 90 und die Welle a' zu den Lagerstellen 60 und 61, Die Schmierölzufuhr zu den Lagerschalen 80 un die äussere Welle 6 herum erfolgt durch die Leitung 91. Der Ablauf von den Lager stellen 60, 61 und 80 erfolgt über die Schleu derringe 83, 84 in den Lagersupport 81, 82 und von dort durch die Leitung 92 nach aussen. Das äussere Lager 62, 64 wird von aussen durch die Leitung 93 geschmiert und das Schmieröl läuft via Lagerkörper 65 und Leitung 94 nach aussen ab. Von den Lager stellen 60 und 61 gelangt glas Sclmieröl dureh die Bohrungen 95 in der äussern Welle 6 zu der Lagerstelle 80 und von dort ebenfalls in den Lagersupport 81.
An den verschiedenen Dichtungsstellen 100 und 101 zwischen der innern und äussern Welle sind geeignete Labyrintldichtungen an gebracht, welche von einem, unter Druck stehenden Teil des Gebläses, zum Beispiel durch die Hohlräume 102 und die Bohrungen 103 in der äussern Welle 6 Sperrluft erhalten. Auch zwischen den Gehäusen 9 bzw. 38 und der äussern Welle 6 sind Labyrinthdiehtungen 104 und 105 vorgesehen.
Bei der Ausführung nael Fig. 2 ist wieder ein Laufrad 1 auf der innern Welle 3 ange ordnet mit einer Zentrifugalsehaufelung 2. Dieser Zentrifugalsehaufelung ist ein Axial laufrad 2' vorgeschaltet. Ferner ist einzweites Schaufelrad 4, das eine Zentrifugalschaufe- lung 5 trägt, auf der äussern Welle 6 mittels des Keils 8 aufgekeilt und durch die Mutter 7 gesichert. Zwischen diesen Zentrifugalrädern 1 und 4 ist nun aber noch ein Axialsehaufelrad 14 angeordnet, das mit dem Schaufelrad 1. fest verbunden ist. Dieses Axialsehaufelrad läuft deshalb gegenläufig zum Schaufelrad 4.
Die Förderluft\ des Gebläserades 1 gelangt nun ferner auf ihrem Wege zum Axialsehaufelrad 14 noch in einen Kühlraum<B>15,</B> der mit Kühl schlangen 15' versehen ist. Es findet also da durch eine Kühlung der Förderluft statt, be vor sie zum Axialrad 14 und von dort ähnlich wie bei einer Anordnung nach Fig. 1 an die Zentrifugalsehaufelung :, mit radialem Aus tritt abgegeben wird.
Die Sehaufelungen 14 und 5 entsprechen der vorerwähnten Selaufel- kombination. 9 und 10 sind die die Laufräder tmgebenden zweiteiligen Gebläsegehäuse. Die Radialturbine ist von innen beaufsehlagt und besitzt ein inneres Laufrad 31, das nit zwei radialen Schaufelkränzen 32' und 32 aus gerüstet ist. Ferner sind für dieses Rad zwei Leitsehaufelkränze 45 und 46 im Turbinen gehäuse 37 befestigt, 35 ist das Laufrad, das auf der äussern Welle 6 befestigt ist und mit einer Radialsehaufelung 36 versehen ist. Das Turbinengehäuse 37 wird durch einen zwei teiligen Gehäusedeckel 38 abgeschlossen. Die innere Turbinenscheibe 31 wird auf die innere Welle 3 aufgeschraubt und dort gesichert.
Die äussere Turbinenscheibe 35 wird hingegen mittels der Sehrauben 50 auf der äussern Welle 6 befestigt. Die Lagerung der innern und äussern Welle erfolgt hingegen wieder älnliel wie nach Fig.l; desgleichen werden alle drei Gebläseräder 2, 1 und 14 in gleicher Weise auf der innern Welle 3 angebracht, wie dies mit dem Rad 1 nach Fig.1 geschehen ist. Auch das äussere Lager 62 bis 67 ist wieder gleich ausgebildet wie nach Fig.1; ebenso die Ölzu- und -abfuhr. Das gleiche gilt für die Labyrintldichtungen und die Sperrluft zufuhr.
In Fig. 3 ist noch eine Variante in bezug aauf die Lagerausbildun gdargestellt, dargestellt, und zwau sind dabei um die innern Lagerstellen 60 und 61 herum und ebenso innerhalb des grossen Lagers 80, 84 an der äussern Welle 6 noch frei drehende Büchsen 60', 61' und 80' zwi- sehengeschaltet. Mit diesem Zwischenschalten von frei drehbaren, relativ dünnen, vorteil hafterweise gehärteten Büchsen soll eine kleinere Umfangsgeselwindigkeit an den La- gerfläehen erreicht werden, und damit auch eine kleinere Reibungsarbeit. Sind zum Bei spiel die Reibungskräfte innen und aussen an diesen losen Büchsen annähernd gleich, so werden sie im Betriebe annähernd stillstehen.
Die relative Geschwindigkeit an den Lager flächen wird deshalb nur halb so gross sein, wie wenn beide Wellen in entgegengesetztem Sinne ineinander rotieren. Deshalb wird au den nunmehr zwei entstehenden Reibflächen ungefähr nur halb so viel Reibungsenergie verlorengehen. Diese losen Büchsen müssen aber so ausgebildet sein, dass das Schmieröl an alle Reibflächen hin gelangt. Sie müssen auch so ausgebildet bzw. eingebaut werden, dass sie gegen axiales Verschieben gesichert sind, was am einfachsten, wie in Fig. 4 gezeigt ist, durch eine einspringende (Lager 60) oder eine vorspringende Nase (Lager 61) geschehen kann.
Die lose Lagerschale 80' wird annähernd die halbe Umlaufgeschwindigkeit erreichen, wie die Welle 6 an ihrer Lagerstelle 80 hat. 80' wird durch zwei ihrer Vorsprünge in der Lagerstelle 80 gehalten.
Fig.4 zeigt zwei Querschnitte durch ein Maschinenaggregat nach Fig.2 bzw. 3. Die obere Hälfte stellt einen Querschnitt nach der Linie I-I von Fig. 3 und die untere Hälfte einen Querschnitt nach Linie II-II von Fig. 2 dar. In der obern Hälfte sieht man die innere Welle 3. Darum herum ist der Ring 60' gelegt, der in der äussern Welle 6 und um die innere Welle 3 lose lerumgleitet. Ausserhalb der äussern Welle 6 ist der lose Ring 80' an geordnet und um ihn herum die zveiteilige, feste Lagerschale 80. 82 ist der Lagerdeckel, der durch die Schrauben 85 mit dem untern Lagersupport 81 verbunden ist und durch den die Schmierölzufuhrleitung 91 geführt ist.
In der untern Schnitthälfte sieht man innen einen Schnitt durch Leitschaufelung 45, dann durch die Laufschaufelung 3'2', durch die Leitschaufelung 46, durch die Lauf- schaufelung 3'2 und dann zu äusserst durch die zu 32 gegenläufige Laufradschaufelung 36. 47 ist der Austrittsstutzen der Turbine. 48 sind die Füsse, auf welchen das 'Turbinen gehäuse 37 ruht.
In Fig. 5 ist eine Ausführung gezeigt, wo bei auf der innern Welle 3 ein dreistufiges Axialgebläse mit den Laufrädern 1, 1' und 1" aufgekeilt ist, welches Laufschaufelungen 2, 2', 2" trä-t. Vor den Laufsehaufelumgen 2, 2', 2" ist jeweils eine Leitsehaufelung 16, 16', 16" im zweiteiligen Gebläsegehä.use 9 unter gebracht. Des .ferneren ist auf der äussern Welle 6 ein Laufrad 4 mittels des Keils g verkeilt, welches eine Zentrifugalschaufelung 5 trägt.
Das Druckmittel tritt in axialer Rich tung in die Laufschaufelkombination 2, 2', 2" und 5 ein und verlässt diese in radialer Richtung. Die zum Rad 4 gegenläufigen Axial räder 1, 1', 1" geben das Druckmittel an die Schaufelung 5 ab. Aus dieser Schaufelung tritt das Druckmittel in das Gehäuse 9 und zum Austrittsstutzen 11. Die Turbine ist als von aussen beaufschlagte Radialturbine aus gebildet. Vom Eintrittsstutzen 39 gelangt das Druckmittel durch die Leitschaufelung 40 zur Radialschaufelung 32 des äussern Laufrades 31, von dort zur gegenläufigen Radialschaufe- lung 36 des innern Laufrades 35, von dort weiter zu einer Leitradsehaufelung 36', welche am Turbinengehäuse 37 festgemacht ist, und nachher zu einer Laufradschaufelung 32', welche am innern Laufrad 35 angeordnet ist.
Das innere Laufrad 35 wird durch einen Keil 34 auf der innern Welle 3 verkeilt. Das äussere Laufrad 31 ist hingegen durch Sehrau ben 50 mit der äussern Welle 6 verbunden. Der Austritt der Gase erfolgt durch den Stutzen 47. Im gezeichneten Beispiel ist die innere Welle 3 auf der Austrittsseite der Turbine verlängert und dort durch ein äusseres Radialaxiallager 65, 66 geführt. Dieses Lager ruht auf einem Support 67, der mit der Maschinengrundplatte 48 verbunden ist. Das Ende der Welle 3 trägt eine Kupplung 68, mittels welcher Kraft nach aussen, zum Bei spiel an einen Elektrogenerator oder an eine andere Arbeitsmaschine abgegeben, oder zum zusätzlichen Antrieb des Aggregates auf genommen werden kann, zum Beispiel zum Anlassen oder zusätzlichen Antrieb der Gruppe.
Die übrige Lagerung der innern Welle 3 sowie der äussern Welle 6 sowie die Zu- und Abfuhr des Schmieröls bzw. die Zu fuhr der Sperrluft kann wieder in ähnlicher Weise durchgeführt werden, wie dies bereits für die Ausführungen nach Fig.1 bis 4 be schrieben worden ist.
In Fig. 6 ist in bezug auf das Gebläse eine ähnliche Ausführung dargestellt, wie in Fig. 5, nur besitzt das vorgeschaltete Axialgebläse nur zwei Laufschaufelungen 2 und 2' und zwei hierzu vorgesetzte Leitsclaufelungen 16 und 16'. Die beiden Laufschaufelungen 2 und 2' sind auf einer Laufradnabe 1 angeordnet, welche ihrerseits auf der innern Welle 3 auf gekeilt ist. Die Leiträder 16, 16' sind im zwei teiligen Gebläsegehäuse 9 untergebracht. 4 ist ein Laufrad mit Zentrifugalschaufehung 5, welches durch den Keil 8 und die Mutter 7 auf der äussern Welle 6 befestigt ist. Das Gebläse gehäuse 9 hat einen Deckel 10, in welchem 1l den Austrittsstutzen des Gebläses darstellt.
Die Turbine besitzt Axiallaufräder. Das Druckmittel gelangt in das Eintrittsgehäuse 39 und durch das Leitrad 40 in die Turbinen- laufradsehaufelung 32, welche auf dem Lauf rad 31 angeordnet ist. Dieses Laufrad ist auf die äussere Welle 6 mittels des Keils 34 auf gekeilt. Aus dem Laufrad 32 gelangt das Treibmittel auf die Laufsclaufelung 36. Diese ist auf der Laufradscheibe 35 angeordnet, welche mittels des Keils 43 von der innern Welle 3 mitgenommen und durch die Mutter 49 darauf gesichert ist. Das Rad 35 läuft gegenüber dem Rad 31 gegenläufig, 37 ist das Austrittsgehäuse der Turbine und 47 sein Austrittsstutzen.
Auf der Turbinenseite hat die Welle 3, ebenfalls wie in Fig. 6, eine Ver längerung, welche hingegen in einem Kugel lager 62, das auch den Axialsehub aufnehmen kann, gelagert ist, das in einem Lagersupport 65 untergebracht ist. Die Welle 3 trägt an ihrem Ende eine Kupplung 68, mittels wel cher eine Arbeitsmaschine angetrieben oder durch welche dem Aggregat zusätzliche Kraft von aussen zugeführt werden bann.
Am rechten Ende der Welle 3 ist auch eine Kupplung 68' vorgesehen. 4S ist die llaselii- nengrundplat.te, auf welcher der Lagersup port 65, das Turbinen- sowie < las Gebläsege- häuse abgestützt sind.
Die Anordnung der übrigen Lager 60, 61, 80 ist wieder ähnlich ausgebildet, wie bei den übrigen bereits be schriebenen Aitsfüln#tzn,sbeispielen, ebenso die <B>Zu-</B> und Abführung des Schmiermittels zu diesen Lagerstellen.\Dabei erfolgt allerdings die Zufuhr des Schmiermittels nur durch das mittlere Lager 80, welches die äussere W elle 6 umfasst, und zwar aueli zii den innern Lagern. 60 und 61. Auch die Zufuhr der Sperrluft zu den Labyrinthdiehtungen längs der innern Welle 3 ist gleich wie bisher beschrieben, an geordnet.
Desgleichen alle Labprinthdichtun- gen zwischen den beiden Wellen und zwischen cer äussern Welle 6 und dem Gebläse- und dem Turbinengehäuse. Auch auf der Auspuff seite der Turbine ist eine Labe rinthdicltung 105 vorgesehen, welche durch die Leitung 106 ebenfalls zum Beispiel vom Gebläsegehäuse 9 aus ihre Druckluft erhält.
In Fig. 7 ist wiederum eine Schaufelkom bination dargestellt, die von der axialen Rich tung aus von innen nach aussen durchströmt ist. Im ersten Teil ist die Strömungsförder- mascliine als Axialgebläse und im zweiten Teil als Zentrifugalgebläse ausgebildet. Das Fördermittel tritt dabei durch ein Leitrad 16 auf ein erstes Laufrad 20. Dieses Laufrad 20 ist mittels seines äussern Gewindes in einer Trommel 21 lösbar untergebracht, welche auf dir Deckscheibe 22 des Zentrifugalrades und seiner Schaufelung 5 an ihrem axialen Fnde aufgeschraubt ist. Am äussern, mit Gewinde versehenen Ringteil sind die Schau- f eln eingesetzt.
Auch am innern Durchmesser Ian das Axialrad 20 ebenfalls einen Verstär kungsring 24 besitzen, in welchen die Schau feln 20 eingesetzt sein können. Als nächstes iad in der Strömungsrichtung kommt wieder ein Laufrad 2, das mit seiner Nabe auf der innern Welle 3 aufgekeilt ist. Dann folgt wieder ein Laufschaufelrad 20', das aussen im Ring 21 festgemacht ist und innen einen Verstärkungsring 24' besitzt. Des ferneren ist in Richtung der Strömung ein zweites Axiallaufrad 2' auf der innern Welle 3 an geordnet. Darauf folgt das Zentrifugallauf rad 4, das auf der äussern Welle 6 angeordnet ist, die, wenigstens teilweise, mit dem Rad 4 aus einem Stück hergestellt ist, und dem das Vorkomprimierte Druckmittel aus der Schau- felung 2' zugeleitet wird.
Die Turbine ist als gegenläufige Axialturbine ausgebildet. 31 ist las erste Laufrad fnit seiner Laufschaufelung Dieses erhält sein Druckmittel aus dem Eintrittsgehäuse 39 durch die Leitschaufe- lung 40. Die labe des Laufrades 31 ist mittels einer mit Gewinde versehenen Verlän gerung mit der äussern Welle 6 verschraubt, so dass das Zentrifugalrad 4, sein Deckring 22 und der darauf geschraubte Verlängerungs ring 21 mit den darauf befestigten Axial- schaufelungen 20 und 20' miteinander um laufen. 35 ist das zweite Turbinenrad mit seiner Axialschaufelung 36. Dieses Rad ist mittels eines Keils 43 auf der innern Welle 3 verkeilt und durch eine Mutter 49 gesichert.
Nach dem Austritt der Gase aus der Schau- felung 36 treten dieselben ins Austritts gehäuse 37 der Turbine über und von dort zum Austrittsstutzen 47. Die Lagerung der innern Welle 3 erfolgt auf einer Seite durch das zweiteilige Lager 65, 66, das, ähnlich wie das gleiche Lager nach Fig. 1, als Kammlager zum Festhalten der Welle 3 in axialer Rich tung ausgeführt ist. 67 ist der Support, der dieses Lager trägt. Er ist mit dem Gebläse- gehäuse 9 verbunden. Der Austrittsstutzen des Gebläses ist mit 11 bezeichnet. Des ferne ren wird die innere Welle 3, auf der andern 'eite ebenfalls aussen, noch durch ein Lager 65', 66' gehalten.
Die äussere Welle 6 ist nur auf der innern Welle 3 mit zwei Lagern 60, 61 gehalten. Diese beiden Lager sind ähnlich ausgeführt, wie in Fig. 3 dargestellt, das heisst um die innere Welle heriun sind noch lose, innen und aussen gehärtete Lagerbüchsen f0', 61' angeordnet, die frei. sowohl um die Welle 3 als in der Welle 6 rotieren können. Im Fall von Fig. 7 ist dann noch jeweils zwi schen der Welle 3 und diesen losen Büchsen je eine Büchse 60" bzw. 61" auf der Welle 3 fest angeordnet. Dabei handelt es sich zum Beispiel um festaufgezogene Büchsen mit. harter äusserer Oberfläche.
Zwischen der Büchse 60" und 61" ist noch eine Distanz büchse auf der Welle 3 vorgesehen; ebenfalls zwischen Büchse 61" und Axialrad 2'. Im Falle von Fig. 3 war hingegen angenommen, dass die losen Büchsen 60' und 61' mit Lager metall versehen sind und die Wellen 3 und 6 an den .Lagerstellen harte Oberflächen auf weisen. Die ölzufuhr zu den Lagern 60 und 63. erfolgt in gleicher Weise, wie in Fig.1 gezeichnet, durch die innere Welle 3 l.in- durch. Die Lager 65, 66 bzw. 65', 66' werden von aussen her geschmiert, wie dies auch in Fig. 1 dargestellt ist.
Die Ableitung des Schmieröls findet von der Mitte der Maschine aus durch Bohrungen 95 in der Welle 6 und durch die Nabe des Turbinenrades 31 zu einem in der Mitte der Maschine angeordne ten Ölsammelgehäuse 96 und durch die Leitung 92 nach aussen statt. Zwischen der innern und äussern Welle sowie zwischen den Gebläserädern und -gehäusen sowie den Tur binenrädern und den -gehäusen werden, wie schematisch dargestellt, Labyrinthdichtungen angeordnet. Die Zufuhr von Sperrluft zum Labyrinth 100 vor dem Lager 60 findet durch eine Leitung 106 vom Gebläsegehäuse 9 aus und durch eine Bohrung 107 durch die innere Welle 3 statt.
Fig.8 zeigt eine ähnliche Schaufelkombi nation einer Strömungsfördermaschine wie eine solche in Fig. 7 dargestellt ist. Die Tur bine ist ebenfalls ähnlich ausgeführt, wie in Fig. 7. Hingegen ist die Lagerung der innern Welle 3 sowie der äussern Welle 6 ganz anders ausgeführt. Die innere Welle 3 ist beidseitig ausserhalb der Maschine durch je ein Lager 65, 66 bzw. 65', 66' gelagert. Die äussere Welle 6 hingegen, auf welcher das fliegend angeordnete Gebläseschaufelrad 4, 5 und das axiale, ebenfalls fliegend angeordnete Turbinenrad 31 mit seiner Sehaufelung 32 befestigt ist, wird durch zwei nebeneinander liegende Lager 81' und 81", mittels ihrer Lagerschalen 80' und 80" von aussen gehalten. Zwischen den gegenläufig sich drehenden Wellen 3 und 6 besteht also gar keine Be rührung durch Lager wie in den andern Aus führungsbeispielen.
Zwischen diesen Wellen sind nur Labyrinthdichtungen 100 und 101 an den Enden der Welle 6 angeordnet zur wenigstens teilweisen Verhinderung des Durchtrittes von Luft vom Gebläse zum Raum zwischen den beiden Turbinenrädern. In diese Labyrinthe kann auch zum Beispiel durch den Raum 102 vom Gebläse aus durch Bohrungen 103 in der äussern Welle Sperr luft zugeführt werden. Die Kombination der Zentrifugalschaufelung mit gegenläufigen, direkt in dieselbe fördernden Axialradern he- wirkt eine grosse Steigeiungsfähigkeit des von einem Zentrifugalrad erzeugten Enddruckes.
Die Lagerung der ineinander angeordne ten innern und äussern Welle ist in den Aus führungsbeispielen je nach Ausbildung der Schaufelräder der Turbine und des Verdieh- ters verschieden vorgesehen. Es sind Lager stellen einer innern oder äussern Welle be schrieben, die mit besonderen Lagerböcken versehen sind und als Hauptlagerstellen an gesehen werden können. Die Hauptlagerstelle für die äussere Welle ist in einem freien Raum zwischen der gegenläufigen Turbine und dem gegenläufigen Gebläse vorgesehen (Fig. 1-6).
Nal Fig. 7 sind die Hauptlager für die innere Welle an ihren Enden vorgesehen. Die äussere Welle ist dabei nur auf der innern Welle gelagert. Sämtliche Lager besitzen dann relativ kleine Durchmesser, kleine Umfangs geschwindigkeiten und damit kleine Reibung.
Nach Fig.8 sind für die äussere und innere Welle nur Hauptlager vorgesehen. Es wird dabei eine minimale Beanspruchung der innern Welle und ein relativ vibrationsfreier Gang der Maschine erzielt.
Gas turbine driven fluid flow machine. The present invention relates to a gas turbine-driven flow conveyor mascline, in which turbine runners running in opposite directions drive compression wheels running in the same direction by means of two shafts arranged one inside the other.
It consists in the fact that a blade combination of the hoisting machine through which flow from the inside to the outside flows from the axial direction is designed in such a way that a coaxial, oppositely rotating blade is upstream of a viewing blade with a radial outlet, to which the pressure medium flows in the axial direction and which the vorkompri dispenses mated pressure medium directly to the blades with a radial outlet.
In the accompanying drawings some exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically. Identical or similar parts are denoted by the same numbers.
Fig. 1 shows an axial section through a first embodiment of the subject matter of the invention, in which a Radialsehaufelung a centrifugal blade with an axial A occurs.
In Figure 2, an embodiment is shown, wherein the fan consists of a first Zentrifu galschaufelrad, which is an axial blade wheel upstream and an axial blade wheel is connected after. The turbine is designed as a counter-rotating radial turbine that is acted upon from the inside. Fug. 3 also shows, in axial section, a type of mounting of the two mutually rotating shafts that has been changed compared to the design according to FIG. 2, and FIG. 4 shows two cross sections through a design according to FIGS.
FIG. 5 illustrates an embodiment in axial section, a multistage axial wheel being placed in front of a centrifugal wheel. The turbine is designed as a counter-rotating radial turbine acted upon from the outside.
FIGS. 6, 7 and 8 show axial sections of further exemplary embodiments which, in addition to differences in the blades, illustrate special, among other types of storage, of the mutually arranged, counter-rotating shafts.
In Fig.1 is. 1 the first fan impeller with its centrifugal blading 2, to which the conveying means is fed in the axial direction. This wheel 1 sits on the inner shaft 3. 4 is the second impeller of the blower with its radial blades 5, which receives the compressed medium from the blades 2 and releases it in the radial direction. The blades 5 surround the centrifugal blades 2 on the outside.
This wheel 4 is. wedged on the outer shaft 6 and made tight by the nut 7 and the wedge 8 on the same. The fan wheels are driven from each other in opposite directions, the turbine wheels are driven in the same direction by means of the shafts 3 and 6, and are enclosed by the two-part housing 9, which has an outlet nozzle 11. The conveying air flows in the direction of the arrows from the inside to the outside through the blade combination 2 and 5, 31 is a turbine wheel with its blades 32.
This wheel is fastened to the inner shaft 3 by means of the nut 33 and the wedge 34. Furthermore, a second turbine wheel 35 with its radial blades 36 is arranged, which blades 36 surround the saw blades 32 on the outside. The pressure medium enters axially through the inlet connection 39. After exiting the radial vane 36, the pressure medium arrives in the outlet housing 37, which is closed off at the side by the two-part cover 38. A guide vane 40 can also be installed in the nozzle 39. However, the training can also be carried out without such a guide vanes. The turbine disk 35 can be made in one piece with the outer shaft 6. Both parts 35 and 6 can, however, as we will see later, consist of two separable pieces.
For the storage of the inner shaft 3 three bearings 60, 61 and 62 are provided, namely the bearing points 60 and 61 are in the outer shaft 6 and the bearing 62, which is also designed as a thrust bearing, be found at the free end of the inner shaft 3. There, a sleeve 63 is screwed onto the inner shaft 3 for the simultaneous fastening of the wheel disk 1. The fan wheel 1 is also screwed onto this sleeve. The two-part bearing bush 64 is embedded in a two-part bearing block 65, 66 which is fastened to the support 67 which is connected to the fan housing 9.
The outer shaft 6 is held in place in a two-part bearing block 81, 82 by means of the one-part or two-part bearing shell 80. On both sides of the bearing shells 80, oil throwing rings 83, 84 are also installed. At the same time, these can also serve to accommodate the axial slide on the wheels, which are fastened to the outer shaft. The lower bearing support 81 can, as shown, be in one piece with the fan housing 9.
The supply of the lubricating oil to the inner shaft closed through the line 90 and the shaft a 'to the bearing points 60 and 61, the lubricating oil supply to the bearing shells 80 and the outer shaft 6 around takes place through the line 91. The drain from the bearing points 60 , 61 and 80 takes place via the Schleu derringe 83, 84 in the bearing support 81, 82 and from there through the line 92 to the outside. The outer bearing 62, 64 is lubricated from the outside through the line 93 and the lubricating oil runs off to the outside via the bearing body 65 and line 94. From the bearings 60 and 61, glass lubricating oil passes through the bores 95 in the outer shaft 6 to the bearing 80 and from there also into the bearing support 81.
At the various sealing points 100 and 101 between the inner and outer shaft, suitable labyrinth seals are attached, which receive sealing air from a pressurized part of the fan, for example through the cavities 102 and the bores 103 in the outer shaft 6. Labyrinth seals 104 and 105 are also provided between the housings 9 or 38 and the outer shaft 6.
In the execution nael Fig. 2 is again an impeller 1 on the inner shaft 3 is arranged with a Zentrifugalsehaufelung 2. This Zentrifugalsehaufelung is an axial impeller 2 'upstream. Furthermore, a second impeller 4, which carries a centrifugal blade 5, is wedged onto the outer shaft 6 by means of the wedge 8 and secured by the nut 7. Between these centrifugal gears 1 and 4, however, an axial blade wheel 14 is now also arranged, which is firmly connected to the blade wheel 1. This axial bucket wheel therefore runs in the opposite direction to the bucket wheel 4.
The conveying air of the blower wheel 1 now also passes on its way to the axial blade wheel 14 into a cooling space 15, which is provided with cooling coils 15 '. So it takes place there by cooling the conveying air before it is released to the axial wheel 14 and from there to the centrifugal blading similar to an arrangement according to FIG.
The Sehaufelungen 14 and 5 correspond to the aforementioned Selaufel- combination. 9 and 10 are the two-part fan housings that give the impellers. The radial turbine is acted upon from the inside and has an inner impeller 31, which is equipped with two radial blade rings 32 'and 32 from. Furthermore, two guide vane rings 45 and 46 are fixed in the turbine housing 37 for this wheel, 35 is the impeller, which is fixed on the outer shaft 6 and is provided with a radial blade 36. The turbine housing 37 is closed by a two-part housing cover 38. The inner turbine disk 31 is screwed onto the inner shaft 3 and secured there.
The outer turbine disk 35, however, is fastened to the outer shaft 6 by means of the visual screws 50. The storage of the inner and outer shaft, however, takes place again as shown in Fig.l; Likewise, all three impellers 2, 1 and 14 are mounted in the same way on the inner shaft 3, as was done with the wheel 1 according to FIG. The outer bearing 62 to 67 is again designed in the same way as in FIG. likewise the oil supply and removal. The same applies to the labyrinth seals and the supply of sealing air.
In Fig. 3 another variant with respect to the Lagerausbildun gdarstellung, shown, and there are two around the inner bearing points 60 and 61 and also within the large bearing 80, 84 on the outer shaft 6 still freely rotating bushes 60 ', 61 'and 80' are interposed. With this interposition of freely rotatable, relatively thin, advantageously hardened bushings, a lower circumferential speed on the bearing surfaces is to be achieved, and thus also a smaller amount of friction work. If, for example, the frictional forces inside and outside of these loose bushings are approximately the same, then they will almost stand still in operation.
The relative speed at the bearing surfaces will therefore only be half as great as if the two shafts rotate into one another in opposite directions. Therefore, only half as much friction energy will be lost from the now two friction surfaces. These loose bushings must be designed so that the lubricating oil reaches all friction surfaces. They must also be designed or installed in such a way that they are secured against axial displacement, which can be done most simply, as shown in FIG. 4, by means of a re-entrant (bearing 60) or a protruding nose (bearing 61).
The loose bearing shell 80 ′ will reach approximately half the rotational speed as the shaft 6 has at its bearing point 80. 80 'is held in bearing 80 by two of its projections.
FIG. 4 shows two cross sections through a machine assembly according to FIG. 2 and 3. The upper half represents a cross section along line II of FIG. 3 and the lower half represents a cross section along line II-II of FIG The upper half shows the inner shaft 3. The ring 60 'is placed around it, which loosely slides around in the outer shaft 6 and around the inner shaft 3. Outside the outer shaft 6, the loose ring 80 'is arranged and around it the two-part, fixed bearing shell 80.82 is the bearing cover, which is connected by the screws 85 to the lower bearing support 81 and through which the lubricating oil supply line 91 is guided.
In the lower half of the section, you can see inside a section through the guide vanes 45, then through the rotor blades 3'2 ', through the guide blades 46, through the rotor blades 3'2 and then, to the extreme, through the impeller blades 36, which are opposite to 32 Turbine outlet nozzle. 48 are the feet on which the 'turbine housing 37 rests.
In Fig. 5 an embodiment is shown, where a three-stage axial fan with the impellers 1, 1 'and 1 "is keyed on the inner shaft 3, which blades 2, 2', 2" wears. A guide vane 16, 16 ', 16 "is placed in the two-part blower housing 9 in front of the moving bucket surrounds 2, 2', 2". Furthermore, an impeller 4, which carries a centrifugal blade 5, is wedged on the outer shaft 6 by means of the wedge g.
The pressure medium enters the rotor blade combination 2, 2 ', 2 "and 5 in the axial direction and leaves it in the radial direction. The axial wheels 1, 1', 1" which run in opposite directions to the wheel 4 deliver the pressure medium to the blades 5. From this blade the pressure medium enters the housing 9 and to the outlet connection 11. The turbine is designed as a radial turbine acted on from the outside. From the inlet port 39, the pressure medium passes through the guide vanes 40 to the radial vanes 32 of the outer impeller 31, from there to the opposing radial vanes 36 of the inner impeller 35, from there to a stator blade 36 ', which is attached to the turbine housing 37, and then to an impeller blade 32 ′ which is arranged on the inner impeller 35.
The inner impeller 35 is wedged on the inner shaft 3 by a key 34. The outer impeller 31, on the other hand, is connected to the outer shaft 6 by means of Sehrau ben 50. The gases exit through the nozzle 47. In the example shown, the inner shaft 3 is extended on the outlet side of the turbine and is guided there through an outer radial axial bearing 65, 66. This bearing rests on a support 67 which is connected to the machine base plate 48. The end of the shaft 3 carries a coupling 68, by means of which force to the outside, for example given to an electric generator or to another work machine, or for additional drive of the unit can be taken, for example for starting or additional drive of the group.
The rest of the storage of the inner shaft 3 and the outer shaft 6 as well as the supply and discharge of the lubricating oil or the supply of the sealing air can again be carried out in a similar manner as has already been described for the embodiments according to FIGS is.
In Fig. 6 a similar embodiment is shown with respect to the fan as in Fig. 5, only the upstream axial fan has only two blades 2 and 2 'and two guide blades 16 and 16' in front of this. The two rotor blades 2 and 2 'are arranged on an impeller hub 1, which in turn is wedged on the inner shaft 3. The guide wheels 16, 16 'are accommodated in the two-part fan housing 9. 4 is an impeller with centrifugal blades 5, which is fastened to the outer shaft 6 by the wedge 8 and the nut 7. The fan housing 9 has a cover 10 in which 1l represents the outlet nozzle of the fan.
The turbine has axial impellers. The pressure medium reaches the inlet housing 39 and through the stator 40 into the turbine runner blade 32, which is arranged on the runner 31. This impeller is wedged onto the outer shaft 6 by means of the wedge 34. From the impeller 32 the propellant reaches the Laufsclaufelung 36. This is arranged on the impeller disk 35, which is carried by the wedge 43 of the inner shaft 3 and secured by the nut 49. The wheel 35 runs in opposite directions with respect to the wheel 31, 37 is the outlet housing of the turbine and 47 is its outlet connection.
On the turbine side, the shaft 3, likewise as in FIG. 6, has an extension which, however, is mounted in a ball bearing 62, which can also accommodate the axial thrust, which is housed in a bearing support 65. The shaft 3 carries at its end a coupling 68, by means of which a working machine is driven or by means of which the unit can be supplied with additional external force.
A coupling 68 'is also provided at the right end of the shaft 3. 4S is the linear base plate on which the bearing support 65, the turbine and fan housing are supported.
The arrangement of the remaining bearings 60, 61, 80 is again similar to that of the other examples already described, as is the supply and discharge of the lubricant to these bearing points however, the supply of the lubricant only through the middle bearing 80, which comprises the outer shaft 6, namely all the way to the inner bearings. 60 and 61. The supply of the sealing air to the labyrinth seals along the inner shaft 3 is the same as previously described, ordered.
The same applies to all labprinth seals between the two shafts and between the outer shaft 6 and the fan and turbine housings. A labe rinthdicltung 105 is also provided on the exhaust side of the turbine, which also receives its compressed air through the line 106, for example from the fan housing 9.
In Fig. 7, a Schaufelkom combination is shown, which is flowed through from the axial Rich device from the inside to the outside. In the first part, the flow conveyor machine is designed as an axial fan and in the second part as a centrifugal fan. The conveyor passes through a stator 16 to a first impeller 20. This impeller 20 is detachably housed by means of its external thread in a drum 21, which is screwed onto the cover plate 22 of the centrifugal impeller and its blades 5 at its axial end. The shovels are inserted on the outer, threaded ring part.
Also on the inner diameter Ian the axial wheel 20 also have a reinforcement ring 24 in which the blades 20 can be used. Next, in the direction of flow, comes an impeller 2, which is keyed with its hub on the inner shaft 3. This is followed by another impeller 20 'which is fastened on the outside in the ring 21 and has a reinforcing ring 24' on the inside. Furthermore, a second axial impeller 2 'is arranged on the inner shaft 3 in the direction of the flow. This is followed by the centrifugal impeller 4, which is arranged on the outer shaft 6 which, at least partially, is made in one piece with the wheel 4, and to which the pre-compressed pressure medium from the blades 2 'is fed.
The turbine is designed as a counter-rotating axial turbine. 31 is the first impeller with its rotor blades. This receives its pressure medium from the inlet housing 39 through the guide blade 40. The hub of the impeller 31 is screwed to the outer shaft 6 by means of a threaded extension so that the centrifugal wheel 4 can be Cover ring 22 and the extension ring 21 screwed on it with the axial blades 20 and 20 'attached to it run around one another. 35 is the second turbine wheel with its axial blades 36. This wheel is wedged on the inner shaft 3 by means of a wedge 43 and secured by a nut 49.
After the gases exit from the blades 36, they pass into the outlet housing 37 of the turbine and from there to the outlet nozzle 47. The inner shaft 3 is supported on one side by the two-part bearing 65, 66, which, similar to the the same bearing of Fig. 1, is designed as a comb bearing for holding the shaft 3 in the axial direction Rich. 67 is the support that carries this bearing. It is connected to the fan housing 9. The outlet connection of the fan is designated by 11. Furthermore, the inner shaft 3, on the other 'side also outside, is still held by a bearing 65', 66 '.
The outer shaft 6 is only held on the inner shaft 3 with two bearings 60, 61. These two bearings are designed similarly to that shown in FIG. 3, that is, around the inner shaft there are still loose bearing bushings f0 ', 61' hardened on the inside and outside, which are free. can rotate both around shaft 3 and in shaft 6. In the case of Fig. 7 is then still between tween the shaft 3 and these loose bushes a bushing 60 "or 61" on the shaft 3 is fixed. These are, for example, tightly wound cans. hard outer surface.
Between the sleeve 60 "and 61" a distance sleeve is provided on the shaft 3; also between the bush 61 ″ and the axial wheel 2 '. In the case of FIG. 3, however, it was assumed that the loose bushes 60' and 61 'are provided with metal bearings and the shafts 3 and 6 have hard surfaces at the bearing points Oil is supplied to the bearings 60 and 63 in the same way as shown in FIG. 1 through the inner shaft 3 1. The bearings 65, 66 and 65 ', 66' are lubricated from the outside, like this is also shown in FIG. 1.
The discharge of the lubricating oil takes place from the center of the machine through bores 95 in the shaft 6 and through the hub of the turbine wheel 31 to an oil collecting housing 96 arranged in the middle of the machine and through the line 92 to the outside. Labyrinth seals are arranged between the inner and outer shaft and between the fan wheels and housings and the turbine wheels and housings, as shown schematically. The supply of sealing air to the labyrinth 100 in front of the bearing 60 takes place through a line 106 from the fan housing 9 and through a bore 107 through the inner shaft 3.
FIG. 8 shows a similar Schaufelkombi nation of a flow conveyor as such in FIG. 7 is shown. The tur bine is also made similar to that in Fig. 7. In contrast, the bearing of the inner shaft 3 and the outer shaft 6 is designed completely different. The inner shaft 3 is supported on both sides outside the machine by a bearing 65, 66 or 65 ', 66'. The outer shaft 6, on the other hand, on which the overhung fan impeller 4, 5 and the axial, also overhung turbine wheel 31 with its saw blades 32 is attached, is supported by two adjacent bearings 81 'and 81 "by means of their bearing shells 80' and 80 "held from the outside. Between the oppositely rotating shafts 3 and 6 there is no contact with bearings as in the other exemplary embodiments.
Between these shafts only labyrinth seals 100 and 101 are arranged at the ends of the shaft 6 to at least partially prevent the passage of air from the fan to the space between the two turbine wheels. In this labyrinth, for example, blocking air can be fed through the space 102 from the fan through bores 103 in the outer shaft. The combination of centrifugal blades with opposing axial impellers conveying directly into the same has a great ability to increase the final pressure generated by a centrifugal impeller.
The mounting of the inner and outer shafts arranged one inside the other is provided differently in the exemplary embodiments, depending on the design of the impellers of the turbine and the compressor. There are bearings are an inner or outer shaft be written, which are provided with special bearing blocks and can be seen as main bearing points. The main bearing point for the outer shaft is provided in a free space between the counter-rotating turbine and the counter-rotating fan (Fig. 1-6).
According to Fig. 7, the main bearings for the inner shaft are provided at their ends. The outer shaft is only supported on the inner shaft. All bearings then have relatively small diameters, small circumferential speeds and thus little friction.
According to Figure 8, only main bearings are provided for the outer and inner shaft. This results in minimal stress on the inner shaft and a relatively vibration-free operation of the machine.