DE102010038527A1

DE102010038527A1 - Turbomaschine

Info

Publication number: DE102010038527A1
Application number: DE102010038527A
Authority: DE
Inventors: Christoph Mack; Jonas Poebing
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: CH703515B1; JP2012031853A; CN102373967A; DE102010038527B4; CN102373967B; KR20120011316A; CH703515A2; JP5319740B2; KR101748883B1

Abstract

Turbomaschine (1) mit einem ein Lagergehäuse (11) und ein Laufradgehäuse (12, 13) aufweisenden Gehäuse (10), einer Welle (30), die über eine Mehrzahl von Gleitlagern (40, 41) drehbar im Lagergehäuse gelagert ist, einem mit der Welle verbundenen und im Laufradgehäuse angeordneten Laufrad (20, 21), und einer Dichtung (50), die einen Durchgang der Welle vom Lagergehäuse zum Laufradgehäuse gegen Fluiddurchgang sperrt, wobei wenigstens ein Gleitlager (40) auf einer der Dichtung zugewandten Seite dessen mit einer Abschlussscheibe (60) versehen ist, die einen axialen Austritt von Lagergehäusefluid aus dem Gleitlager beschränkt, und wobei die Abschlussscheibe am Lagergehäuse festgelegt ist und eine Durchgangsöffnung (60b) aufweist, durch die die Welle mit radialem Spiel hindurchgeführt ist. Gemäß der Erfindung weist die Abschlussscheibe wenigstens eine radial verlaufende mit der Durchgangsöffnung fluidverbundene Fluidpassage (FP) auf, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung in die Abschlussscheibe eingeströmtes Lagergehäusefluid radial aus der Abschlussscheibe abströmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Turbomaschine der eingangsgenannten Art ist aus DE 1 243 465 B bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene Turbomaschine weist eine Dichtung auf, die einen Durchgang einer Laufräder tragenden Welle der Turbomaschine von einem Lagergehäuse zu einem Laufradgehäuse der Turbomaschine gegen Fluiddurchgang sperrt und die benachbart zu einem mit Lagergehäusefluid beaufschlagten Gleitlager angeordnet ist. Eine Menge von axial aus dem Gleitlager austretendem Lagergehäusefluid wird durch eine auf einer der Dichtung zugewandten Seite des Gleitlagers vorgesehene Abschlussscheibe bzw. Anlaufscheibe beschränkt, wobei das Lagergehäusefluid axial durch eine Durchgangsöffnung in der Abschlussscheibe hindurchströmen kann.
Das axial durch die Durchgangsöffnung der Abschlussscheibe hindurchströmende Lagergehäusefluid kann auf die benachbarte Dichtung auftreffen und unter ungünstigen Bedingungen, wie z. B. bei einem Unterdruck im Laufradgehäuse, durch die Dichtung hindurch in das Laufradgehäuse der Turbomaschine eintreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der ein Fluiddurchtritt durch die Dichtung noch sicherer verhindert wird.
Dies wird mit einer Turbomaschine gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist eine Turbomaschine ein Gehäuse mit einem Lagergehäuse und einem Laufradgehäuse, eine Welle, die über eine Mehrzahl von Gleitlagern drehbar in dem Lagergehäuse gelagert ist, ein mit der Welle verbundenes und in dem Laufradgehäuse angeordnetes Laufrad, und eine Dichtung auf, die einen Durchgang der Welle von dem Lagergehäuse zum Laufradgehäuse gegen Fluiddurchgang sperrt, wobei wenigstens ein Gleitlager der Mehrzahl von Gleitlagern auf einer der Dichtung zugewandten Seite dessen mit einer Abschlussscheibe versehen ist, die einen axialen Austritt von Lagergehäusefluid aus dem Gleitlager beschränkt, und wobei die Abschlussscheibe am Lagergehäuse festgelegt ist und eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die die Welle mit radialem Spiel hindurchgeführt ist. Die erfindungsgemäße Turbomaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Abschlussscheibe wenigstens eine radial verlaufende mit der Durchgangsöffnung fluidverbundene Fluidpassage aufweist, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung in die Abschlussscheibe eingeströmtes Lagergehäusefluid radial aus der Abschlussscheibe abströmen kann.
Die Abschlussscheibe (welche auch als Kammerungsscheibe bezeichnet wird) hat bei einer Turbomaschine, wie einem Turbolader, im Wesentlichen drei Funktionen: Begrenzung der axialen Beweglichkeit einer Lagerbüchse des Gleitlagers; je nach Baureihe Verhinderung des Mitrotierens der Lagerbüchse mit der Welle durch geeigneten Formschluss bzw. Beeinflussung der Drehzahl im Falle des Mitrotierens der Lagerbüchse; und Regulierung des axialen Abflusses von Lagergehäusefluid aus der Lagerbüchse.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem wenigstens einen mit der Abschlussscheibe versehenen Gleitlager um ein Radialgleitlager, wobei die Lagerbüchse als Radiallagerbüchse ausgebildet ist.
Von den Erfindern wurde erkannt, dass der Abfluss von Lagergehäusefluid, wie bevorzugt Schmieröl, aus der Abschlussscheibe bei einem Gleitlager, welches sich in der Nähe der Dichtung befindet, entscheidenden Einfluss auf die Bespritzung der Dichtung mit Lagergehäusefluid und damit auf deren Dichtigkeit hat. Eine Durchmesserreduzierung der Durchgangsöffnung (Wellendurchtritt) durch die Abschlussscheibe ist jedoch nur im Rahmen des zu erwartenden, radialen Spiels der Welle möglich. Eine axial längere Ausführung der Abschlussscheibe ist nur im Rahmen des zur Verhinderung einer Überhitzung der Lagerstelle durch Wärmeabfuhr mindestens nötigen Durchflusses von Lagergehäusefluid durch die Abschlussscheibe möglich.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene radial verlaufende Fluidpassage wird auf einfache und robuste Weise der Strom von durch die Abschlussscheibe hindurchströmendem Lagergehäusefluid so umgelenkt, dass er nicht mehr auf die Dichtung auftrifft, womit ein Fluiddurchtritt durch die Dichtung noch sicherer verhindert wird. Durch die erfindungsgemäße Umlenkung des Lagergehäusefluids kann der Durchfluss von Lagergehäusefluid durch die Abschlussscheibe so bemessen sein, dass eine Überhitzung des Gleitlagers sicher vermieden wird.
Bevorzugt sind mehrere erfindungsgemäße radial verlaufende Fluidpassagen in der Abschlussscheibe vorgesehen, so dass der Abfluss von Lagergehäusefluid aus der Abschlussscheibe in geeigneter Weise verteilt werden kann. Durch das Vorsehen mehrerer Fluidpassagen kann der Querschnitt jeder einzelnen Fluidpassage geringer ausfallen, womit sich der erforderliche axiale Bauraum der Abschlussscheibe reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage in einem vorbestimmten Winkel nach vertikal unten, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung in die Abschlussscheibe eingeströmtes Lagergehäusefluid via Schwerkraft radial abströmen kann.
Auf diese wird der dem radial abströmenden Lagergehäusefluid entgegengesetzte Strömungswiderstand reduziert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Abschlussscheibe axial in ein erstes Scheibenelement, das an das Gleitlager angrenzt und das einen ersten Innendurchmesser für die Durchgangsöffnung definiert, und ein zweites Scheibenelement unterteilt, das sich axial in Richtung zur Dichtung hin an das erste Scheibenelement anschließt und das einen zweiten Innendurchmesser für die Durchgangsöffnung definiert, wobei das erste Scheibenelement und das zweite Scheibenelement miteinander verbunden sind.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den ersten Innendurchmesser so zu dimensionieren, dass er einen für eine zuverlässige Kühlung des Gleitlagers ausreichenden Durchfluss von Lagergehäusefluid erlaubt, und den zweiten Innendurchmesser im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten zu minimieren, so dass in diesem Bereich der Durchfluss von Lagergehäusefluid minimiert wird und damit die Dichtung weitestgehend von aus der Abschlussscheibe spritzendem Lagergehäusefluid abgeschirmt wird.
So ist bevorzugt der zweite Innendurchmesser so bemessen, dass er gerade ein an der Stelle des zweiten Scheibenelements maximales zu erwartendes radiales Spiel der Welle zulässt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage von dem ersten und dem zweiten Scheibenelement gebildet.
Auf diese Weise können die für die Ausbildung jeder Fluidpassage notwendigen Konturen z. B. als offene Konturen in des zweite Scheibenelement integriert sein, wobei das erste Scheibenelement lediglich dem Verschluss der offenen Konturen dient. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise die einfache Nachrüstung vorhandener Turbomaschinen mit einem zweiten Scheibenelement, welches auf die erfindungsgemäße Weise mit einem vorhandenen ersten Scheibenelement gepaart wird.
So weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Abschlussscheibe wenigstens einen Abstandshalter auf, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenelement ein Zwischenraum gebildet ist, wobei die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage in dem Zwischenraum angeordnet ist.
Bevorzugt ist der wenigstens eine Abstandshalter dadurch gebildet, dass in einer dem ersten Scheibenelement zugewandten Seitenfläche des zweiten Scheibenelements wenigstens eine anale Aussparung vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine axiale Aussparung zusammen mit einer dem zweiten Scheibenelement zugewandten Seitenfläche des ersten Scheibenelements die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage bildet und der unausgesparte Teil der Seitenfläche des zweiten Scheibenelements den wenigstens einen Abstandshalter bildet.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem zweiten Innendurchmesser und einem Außendurchmesser der Welle ein Ringspalt gebildet, wobei in der Seitenfläche des zweiten Scheibenelements koaxial zum zweiten Innendurchmesser ein Ringkanal vorgesehen ist, und wobei der Ringkanal mit dem Ringspalt und mit der wenigstens einen radial verlaufenden Fluidpassage fluidverbunden ist.
Über den Ringkanal kann jegliches durch den ersten Innendurchmesser hindurchgeströmtes Lagergehäusefluid gesammelt und auf die vorhandenen radial verlaufenden Fluidpassagen verteilt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Ringspalt eine Ringfläche auf, wobei der Ringkanal eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens so groß wie die Ringfläche des Ringspalts ist.
Damit wird sichergestellt, dass das die Menge von durch den Ringspalt abströmbarem Lagergehäusefluid von dem Ringkanal sicher aufgenommen werden kann, so dass ein über den Ringspalt Abströmen des Lagergehäusefluids vermieden wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Gesamtquerschnittsfläche aller vorgesehenen radial verlaufenden Fluidpassagen das Zweifache der Querschnittsfläche des Ringkanals.
Damit wird sichergestellt, dass der von der Gesamtheit der radial verlaufenden Fluidpassagen dem Lagergehäusefluid entgegengesetzte Strömungswiderstand geringer als jener des Ringspalts ist, so dass ein über den Ringspalt Abströmen des Lagergehäusefluids vermieden wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine schematische perspektivische Längsschnittansicht einer Turbomaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Längsschnittansicht der Turbomaschine von 1.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs von 1.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Turbomaschine von 1, wobei eine Abschlussscheibe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 eine Turbomaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Die Turbomaschine 1 kann z. B. als Abgasturbolader oder als Powerturbine ausgebildet sein. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Turbomaschine 1 als Abgasturbolader ausgebildet.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, weist die Turbomaschine 1 ein Gehäuse 10 mit einem Lagergehäuse 11 und zwei Laufradgehäusen 12 und 13 auf. Die beiden Laufradgehäuse (welche jeweils Ab- und Zuströmgehäuseteile aufweisen) nehmen jeweils ein Laufrad 20 bzw. 21 auf, wobei das in 1 linke Laufrad 20 als Turbinenlaufrad ausgebildet ist und das in 1 rechte Laufrad 21 als Verdichterlaufrad ausgebildet ist. Für die folgende Beschreibung wird das Turbinenlaufrad als erstes Laufrad 20 und wird dessen zugehöriges Laufradgehäuse als erstes Laufradgehäuse 12 bezeichnet. Demgemäß wird das Verdichterlaufrad als zweites Laufrad 21 und wird dessen zugehöriges Laufradgehäuse als zweites Laufradgehäuse 13 bezeichnet.
Die Turbomaschine 1 weist ferner eine über eine Mehrzahl von Gleitlagern 40, 41 drehbar in dem Lagergehäuse 11 gelagerte Welle 30 auf, die das erste Laufrad 20 und das zweite Laufrad 21 fest miteinander verbindet.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass eine Powerturbine durch das Fehlen des zweiten Laufrades 21 in Verbindung mit den entsprechenden Veränderungen am Gehäuse 10 und evtl. an der Lagerung der Welle 30 gekennzeichnet wäre. Das durch Entspannung und Abkühlung von Abgas auf der Turbinenseite über die Welle 30 übertragene Drehmoment wird in diesem Fall unter Umständen über ein Getriebe an einen Generator zur Stromerzeugung weitergeleitet.
Die wie hier gezeigte als Abgasturbolader ausgebildete Turbomaschine 1 muss am Austritt der Welle 30 aus dem Lagergehäuse 11 einerseits gegen den Eintritt von Luft aus dem zweiten Laufradgehäuse 13 (Verdichterseite) und gegen den Eintritt von Abgas aus dem ersten Laufradgehäuse 12 (Turbinenseite) in das Lagergehäuse 11 abgedichtet werden. Zum Anderen müssen Wellendichtungen das Austreten von Lagergehäusefluid (hier z. B. Schmieröl) aus dem Lagergehäuse 11 in die anschließenden Radseitenräume von Verdichter und Turbine verhindern. Hierbei unterscheiden sich die Anforderungen an die Wellendichtungen zwischen radialen und axialen Abgasturboladern vorwiegend auf der Abgasseite bzw. Turbinenseite. Zudem stellen sich in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Turbomaschine 1 verschiedene Betriebsbedingungen vor und nach den Wellendichtungen ein.
In 3 ist in vergrößerter Ansicht eine als berührungslose Labyrinthdichtung ausgebildete Dichtung 50 gezeigt, die einen von einem stationären einen Durchgang der Welle 30 von dem Lagergehäuse 11 zum ersten Laufradgehäuse 12 definierenden Gehäuseteil gebildeten ersten Dichtungsteil 51 und einen mit einem Außenumfang der Welle 30 verbundenen zweiten Dichtungsteil 52 aufweist und die einen Fluiddurchgang zwischen Lagergehäuse 11 und erstem Laufradgehäuse 12 sperrt.
Im Betrieb der Turbomaschine 1 setzt sich der Druck an einem Austritt des zweiten Laufrades 21 im benachbarten Radseitenraum fort. Trotz der Drossellabyrinthe an einem Radrücken des zweiten Laufrades 21 steht ein bestimmter Überdruck an der Dichtung zum Lagergehäuse 11 an. Aufgabe dieser Dichtung ist es den Eintrag von Luft in das Lagergehäuse 11 und damit den Massenstromverlust (Blow-By) so gering wie möglich zu halten. Ein Unterdruck vor der Dichtstelle stellt hier eher die Ausnahme dar und kann zudem durch entsprechende Auslegung der Drossellabyrinthe oder einer Radseitenraumentlüftung verhindert werden. Durch den stetig anstehenden Überdruck vor der Dichtung wird somit der Austritt von Lagergehäusefluid, welches die Dichtstelle vom Lagergehäuse 11 aus spritzend beaufschlagt, verhindert.
Bei radialen Abgasturboladern (wie der in den Figuren gezeigten Turbomaschine 1) stellen sich auf der Turbinenseite im Betrieb ähnliche Zustände ein. Der Abgasdruck vor der Turbine pflanzt sich in den Radseitenraum fort und steht vor der Dichtung 50 an. Solange die Drehzahl der Welle 30 der Turbomaschine 1 eine bestimmte Drehzahl im unteren Bereich nicht unterschreitet, wird sich an diesen Bedingungen auch nichts ändern, d. h. es wird ständig Überdruck vor der Dichtung 50 anstehen.
Andere Bedingungen vor der Dichtung 50 können sich im sogenannten Nachschmierbetrieb einstellen. Bei stillstehendem Laufzeug (Laufräder 20, 21 und Welle 30) werden hierbei die Gleitlager 40, 41 der Turbomaschine 1 nachgeschmiert, um die eingetragene Restwärme abzuführen. Während dieser Nachschmierung kann sich durch den Effekt des Kaminzugs ein Unterdruck in dem Abströmgehäuseteil des ersten Laufradgehäuses 12 (Turbinenseite) einstellen, wobei sich der Unterdruck sich bis von die Dichtung 50 zwischen erstem Laufradgehäuse 12 und Lagergehäuse 11 fortsetzt. Aus diesem Grund muss die Dichtung 50 auch für diesen Betriebszustand ausgelegt werden. Es muss verhindert werden, dass durch das Druckgefälle in Richtung turbinenseitigem Radseitenraum Lagergehäusefluid über die Dichtung 50 angesaugt wird.
Gemäß der Erfindung sind die Dichtung 50 und deren angrenzende Bauteile so gestaltet, dass ein Austritt von Lagergehäusefluid über die Welle 30 aus dem Lagergehäuse 11 in den Radseitenraum des ersten Laufrades 20 zuverlässig verhindert wird.
Die Dichtung 50 wird im Betrieb der Turbomaschine 1 von Lagergehäusefluid (hier Schmieröl) spritzend beaufschlagt, wobei das Lagergehäusefluid als Lageröl aus den einzelnen Lagerkomponenten der Turbomaschine 1 austritt. Desweiteren kann die Dichtung 50 über zusätzliche Beaufschlagung direkt aus einer (Öl-)Zuführbohrung des in 1 linken Gleitlagers 40 mit Lagergehäusefluid (hier Spritzöl) benetzt werden, wobei diese Benetzung der Kühlung der Dichtungskomponenten dient und somit die Verkokung von Lagergehäusefluid innerhalb der Dichtung 50 verhindern soll. Dabei kann vor dem Lagergehäuse 11 Über- oder Unterdruck herrschen. Die Dichtung 50 kann nur von Lageröl, nur von Spritzöl und von Lager- und Spritzöl zugleich beaufschlagt werden. Temperatur und Druck des zu dem Gleitlager 40 zugeführten Lagergehäusefluids kann dabei variieren, was im Wesentlichen die Menge und das Ablaufverhalten des Lagergehäusefluids auf der Dichtung 50 beeinflusst.
Der zweite Dichtungsteil 52 der Dichtung 50 wird durch einen profilierten Wellenabschnitt oder wie in 3 gezeigt in Ausführung einer aufgeschrumpften Hülse auf der Welle 30 vor dem ersten Laufrad 20 (Turbinenlaufrad) gebildet. Der erste Dichtungsteil 51 der Dichtung 50 wird von einem separaten Bauteil des Lagergehäuses 11 gebildet, welches hier als Dichtdeckel ausgeführt ist. Das Profil von erstem Dichtungsteil 51 und zweitem Dichtungsteil 52 bildet ein berührungsloses Fanglabyrinth 53 aus, welches durch mehrere aufeinanderfolgende Dichtspalte und Abführkammern 54 charakterisiert ist.
Wie bereits erwähnt, wird die Dichtung 50 durch Lagergehäusefluid, das aus einer unmittelbar an diese angrenzenden hier als Radiallagerbüchse 40a ausgebildeten Komponente des in 1 linken Gleitlagers 40 austritt, bespritzt. Der äußere Sitz der schwimmenden Radiallagerbüchse 40a ist hierbei von einer Abschlussscheibe 60 (welche auch als Kammerungsscheibe bezeichnet wird) in axialer Richtung begrenzt. Im Fall einer festgesetzten Radiallagerbüchse 40a (Art Quetschöldämpfer) dient die Abschlussscheibe 60, die dann mit einer Nut in die Stirnseite der Radiallagerbüchse 40a eingreift, zum Festhalten der Radiallagerbüchse 40a (kein Mitrotieren der Radiallagerbüchse 40a). Im Fall einer mitrotierenden Radiallagerbüchse 40a hat die Abschlussscheibe 60 die Funktion der Einstellung des axialen Spiels der Radiallagerbüchse 40a, was für die Drehzahl der Radiallagerbüchse 40a maßgebend ist. In beiden Fällen dient die Abschlussscheibe 60 aber auch der Drosselung bzw. Beschränkung des ausfließenden Lagergehäusefluids aus einem inneren und einem äußeren Schmierspalt der Radiallagerbüchse 40a und beeinflusst somit entscheidend das Dämpfungsverhalten des Gleitlagers 40.
Das aus der Radiallagerbüchse 40a und damit am Innendurchmesser der Abschlussscheibe 60 austretende Lagergehäusefluid beaufschlagt in den meisten Fällen vorwiegend den ersten Dichtspalt der Dichtung 50. Aber auch die umliegenden Bereiche des ersten Dichtungsteils 51 (Dichtdeckel) werden von geringeren Mengen (Tröpfchen und Nebel) von Lagergehäusefluid benetzt. Um eine Verkokung dieser geringen Mengen von Lagergehäusefluid am ersten Dichtungsteil 51 zu verhindern, wird dieser Bereich bewusst von einem Lagergehäusefluidstrahl aus einer Spritzbohrung 71 gekühlt, wobei der Lagergehäusefluidstrahl in einem oberen Bereich des ersten Dichtungsteils 51 auf dieses auftrifft. Die Spritzbohrung 71 mündet in eine Lagergehäusefluid-Versorgungsbohrung 70 der Radiallagerbüchse 40a. Zur Turbinenseite hin wird der der erste Dichtungsteil 51 noch durch einen zusätzlichen Deckel 80 hier einen Abschlussdeckel) von dem Radseitenraum des ersten Laufrades 20 getrennt.
Nun wird unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 die erfindungsgemäße Abschlussscheibe 60 näher erläutert.
Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich, ist das Gleitlager 40 auf einer der Dichtung 50 zugewandten Seite dessen mit der Abschlussscheibe 60 versehen, so dass die Abschlussscheibe 60 einen axialen Austritt von Lagergehäusefluid aus dem Gleitlager 40 beschränkt.
Die Abschlussscheibe 60 ist über Gewindeschrauben 90 (siehe 2) und Gewindelöcher 60a (siehe 4) am Lagergehäuse 11 festgelegt und weist eine Durchgangsöffnung 60b (siehe 2) auf, durch die die Welle 30 mit radialem Spiel hindurchgeführt ist.
Die Abschlussscheibe 60 ist axial in ein erstes Scheibenelement 61 (Kammerungsscheibe), das an das Gleitlager 40 direkt angrenzt und das einen ersten Innendurchmesser 61a für die Durchgangsöffnung 60b definiert, und ein zweites Scheibenelement 62 (bzw. eine Abführ-Kammerungsscheibe) unterteilt, das sich axial in Richtung zur Dichtung 50 hin an das erste Scheibenelement 61 anschließt bzw. diesem nachgeschaltet ist und das einen zweiten Innendurchmesser 62a für die Durchgangsöffnung 60b definiert, wobei das erste Scheibenelement 61 und das zweite Scheibenelement 62 über die Gewindeschrauben 90 und die Gewindelöcher 60a miteinander verbunden sind.
Wie aus 4 ersichtlich, wird das zweite Scheibenelement 62 unmittelbar auf das erste Scheibenelement 61 aufgesetzt.
Der zweite Innendurchmesser 62a ist so bemessen, dass er gerade ein an der Stelle des zweiten Scheibenelements 62 maximales zu erwartendes radiales Spiel der Welle 30 zulässt. Mit anderen Worten besitzt das zweite Scheibenelement 62 einen bezüglich des maximal zu erwartenden radialen Spiels der Welle 30 an der Stelle des zweiten Scheibenelements 62 kleinstmöglichen Wellendurchtritts-Durchmesser.
In einer dem ersten Scheibenelement 61 zugewandten Seitenfläche 63 des zweiten Scheibenelements 62 sind zwei axiale Aussparungen 63a, 63b vorgesehen, wobei jede axiale Aussparung 63a, 63b zusammen mit einer dem zweiten Scheibenelement 62 zugewandten Seitenfläche 64 des ersten Scheibenelements 61 jeweils eine radial verlaufende Fluidpassage FP bildet und zwei unausgesparte Teile 63c, 63d der Seitenfläche 63 des zweiten Scheibenelements 62 jeweils einen Abstandshalter bilden.
Die Abstandshalter sind demnach so ausgebildet, dass zwischen dem ersten Scheibenelement 61 und dem zweiten Scheibenelement 62 ein Zwischenraum gebildet ist, wobei die beiden radial verlaufenden Fluidpassagen FP, FP in dem Zwischenraum angeordnet sind.
Demnach sind die beiden radial verlaufenden Fluidpassagen FP, FP gemeinsam von dem ersten Scheibenelement 61 und dem zweiten Scheibenelement 62 gebildet.
Wie aus 4 ersichtlich, erstrecken sich die beiden radial verlaufenden Fluidpassagen FP, FP jeweils etwa in einem Winkel von 60 bis 80 Grad zu einer Horizontalen nach vertikal unten, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung 60b in die Abschlussscheibe 60 eingeströmtes Lagergehäusefluid via Schwerkraft radial nach unten aus der Abschlussscheibe 60 abströmen kann.
Wie erwähnt, wird zwischen dem zweiten Scheibenelement 62 und dem ersten Scheibenelement 61 ein Abstand gehalten, welcher durch die vorteilhaft durch Einfräsen der Aussparungen bzw. Kanäle 63a, 63b in Richtung der gewünschten Fluidabführrichtung gebildeten Absätze bzw. Abstandshalter auf dem zweiten Scheibenelement 62 realisiert wird. Die realisierte Fluidabführrichtung stimmt idealerweise mit der Wirkrichtung der Schwerkraft überein.
Im Montiert-Zustand der Abschlussscheibe 60 ist zwischen dem bevorzugt gebohrten zweiten Innendurchmesser 62a und einem Außendurchmesser 30a der Welle 30 ein Ringspalt gebildet, welcher als Drosselspalt gegenüber dem axial abfließenden Lagergehäusefluid wirkt.
In der Seitenfläche 63 des zweiten Scheibenelements 62 ist koaxial zum zweiten Innendurchmesser 62a ein Ringkanal 63e vorgesehen, wobei der Ringkanal 63e mit dem Ringspalt und mit den beiden radial verlaufenden Fluidpassagen FP, FP fluidverbunden ist.
Der Ringkanal 63e weist eine Querschnittsfläche auf, die mindestens so groß wie eine von dem Ringspalt definierte Ringfläche ist. Eine Tiefe des Ringkanals 63e entspricht günstigerweise einer axialen Länge des zweiten Scheibenelements 62 an der Stelle des Wellendurchtritts.
Eine Gesamtquerschnittsfläche der beiden radial verlaufenden Fluidpassagen FP, FP beträgt das Zweifache der Querschnittsfläche des Ringkanals 63e. Mit anderen Worten besitzen die radial von der Welle 30 wegführenden Fluidpassagen FP, FP bzw. Kanäle einen Gesamtquerschnitt, welcher günstigerweise dem doppelten Querschnitt des Ringkanals 63e entspricht.
Im Fazit weist die Abschlussscheibe 60 wenigstens eine und hier gezeigt zwei radial verlaufende mit der Durchgangsöffnung 60b fluidverbundene Fluidpassage(n) FP, FP auf, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung 60b in die Abschlussscheibe 60 eingeströmtes Lagergehäusefluid radial aus der Abschlussscheibe 60 abströmen kann. Des zweite Scheibenelement 62 der Abschlussscheibe 60 leitet einen Großteil des axial aus dem ersten Scheibenelement 61 austretenden Lagergehäusefluids unmittelbar nach Austritt aus dem ersten Scheibenelement 61 radial von der Welle 30 weg.
Ein wesentlicher Effekt des zweiten Scheibenelements 62 ist demnach der gegenüber dem axialen Strömungswiderstand reduzierte Strömungswiderstand der radialen Wegführung des Lagergehäusefluids. Aus diesem Grund fließt ein Großteil des axial aus dem ersten Scheibenelement 61 austretenden Lagergehäusefluids unmittelbar nach Austritt aus diesem radial ab, da das Durchfließen des Ringspaltes zwischen zweitem Scheibenelement 62 und Welle 30 mit einem größeren, dem Lagergehäusefluid entgegengesetzten Strömungswiderstand verbunden ist.
Gemäß in den Figuren nicht dargestellten weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, den verbleibenden axialen Austritt von Lagergehäusefluid aus dem zweiten Scheibenelement 62 durch den Einsatz von einem oder mehreren Weiteren nachgeschalteten zweiten Scheibenelement(en) 62 weiter zu reduzieren.
Bezugszeichenliste

1: Turbomaschine
10: Gehäuse
11: Lagergehäuse
12: Laufradgehäuse
13: Laufradgehäuse
20: Laufrad
21: Laufrad
30: Welle
30a: Außendurchmesser
40: Gleitlager
40a: Radiallagerbüchse
41: Gleitlager
50: Dichtung
51: erster Dichtungsteil
52: zweiter Dichtungsteil
53: Fanglabyrinth
54: Abführkammer
55: Abführnut
60: Abschlussscheibe
60a: Gewindeloch
60b: Durchgangsöffnung
61: erstes Scheibenelement
61a: erster Innendurchmesser
62: zweites Scheibenelement
62a: zweiter Innendurchmesser
63: Seitenfläche
63a: Aussparung
63b: Aussparung
63c: unausgesparter Teil
63d: unausgesparter Teil
63e: Ringkanal
64: Seitenfläche
70: Lagergehäusefluid-Versorgungsbohrung
71: Spritzbohrung
80: Deckel
90: Gewindeschraube
FP: Fluidpassage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1243465 B [0002]

Claims

Turbomaschine (1) mit einem ein Lagergehäuse (11) und ein Laufradgehäuse (12, 13) aufweisenden Gehäuse (10), einer Welle (30), die über eine Mehrzahl von Gleitlagern (40, 41) drehbar in dem Lagergehäuse (11) gelagert ist, einem mit der Welle (30) verbundenen und in dem Laufradgehäuse (12, 13) angeordneten Laufrad (20, 21), und einer Dichtung (50), die einen Durchgang der Welle (30) von dem Lagergehäuse (11) zum Laufradgehäuse (12, 13) gegen Fluiddurchgang sperrt, wobei wenigstens ein Gleitlager (40) der Mehrzahl von Gleitlagern (40, 41) auf einer der Dichtung (50) zugewandten Seite dessen mit einer Abschlussscheibe (60) versehen ist, die einen axialen Austritt von Lagergehäusefluid aus dem Gleitlager (40) beschränkt, und wobei die Abschlussscheibe (60) am Lagergehäuse (11) festgelegt ist und eine Durchgangsöffnung (60b) aufweist, durch die die Welle (30) mit radialen Spiel hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussscheibe (60) wenigstens eine radial verlaufende mit der Durchgangsöffnung (60b) fluidverbundene Fluidpassage (FP) aufweist, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung (60b) in die Abschlussscheibe (60) eingeströmtes Lagergehäusefluid radial aus der Abschlussscheibe (60) abströmen kann.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei sich die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage (FP) in einem vorbestimmten Winkel nach vertikal unten erstreckt, so dass gleitlagerseitig über die Durchgangsöffnung (60b) in die Abschlussscheibe (60) eingeströmtes Lagergehäusefluid via Schwerkraft radial abströmen kann.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschlussscheibe (60) axial in ein erstes Scheibenelement (61), das an das Gleitlager (40) angrenzt und das einen ersten Innendurchmesser (61a) für die Durchgangsöffnung (60b) definiert, und ein zweites Scheibenelement (62) unterteilt ist, das sich axial in Richtung zur Dichtung (50) hin an das erste Scheibenelement (61) anschließt und das einen zweiten Innendurchmesser (62a) für die Durchgangsöffnung (60b) definiert, wobei das erste Scheibenelement (61) und das zweite Scheibenelement (62) miteinander verbunden sind.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 3, wobei die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage (FP) von dem ersten und dem zweiten Scheibenelement (61, 62) gebildet ist.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Abschlussscheibe (60) wenigstens einen Abstandshalter aufweist, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Scheibenelement (61, 62) ein Zwischenraum gebildet ist, und wobei die wenigstens eine radial verkaufende Fluidpassage (FP) in dem Zwischenraum angeordnet ist.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Abstandshalter dadurch gebildet ist, dass in einer dem ersten Scheibenelement (61) zugewandten Seitenfläche (63) des zweiten Scheibenelements (62) wenigstens eine axiale Aussparung (63a, 63b) vorgesehen ist, wobei die wenigstens eine axiale Aussparung (63a, 63b) zusammen mit einer dem zweiten Scheibenelement (62) zugewandten Seitenfläche (64) des ersten Scheibenelements (61) die wenigstens eine radial verlaufende Fluidpassage (FP) bildet und der unausgesparte Teil (63c, 63d) der Seitenfläche (63) des zweiten Scheibenelements (62) den wenigstens einen Abstandshalter bildet.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 6, wobei zwischen dem zweiten Innendurchmesser (62a) und einem Außendurchmesser (30a) der Welle (30) ein Ringspalt gebildet ist, und wobei in der Seitenfläche (63) des zweiten Scheibenelements (62) koaxial zum zweiten Innendurchmesser (62a) ein Ringkanal (63e) vorgesehen ist, wobei der Ringkanal (63e) mit dem Ringspalt und mit der wenigstens einen radial verlaufenden Fluidpassage (FP) fluidverbunden ist.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 7, wobei der Ringspalt eine Ringfläche aufweist, und wobei der Ringkanal (63e) eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens so groß wie die Ringfläche des Ringspalts ist.
Turbomaschine (1) gemäß Anspruch 8, wobei eine Gesamtquerschnittsfläche aller vorgesehenen radial verlaufenden Fluidpassagen (FP) das Zweifache der Querschnittsfläche des Ringkanals (63e) beträgt.
Turbomaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der zweite Innendurchmesser (62a) so bemessen ist, dass er gerade ein an der Stelle des zweiten Scheibenelements (62) maximales zu erwartendes radiales Spiel der Welle (30) zulässt.