DE1401275B2 - Gasturbinengehaeuse - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinen- seits eine wesentlich größere Steifigkeit und Festiggehäuse mit einer die Lagerung und das Unter- keit ergibt und andererseits die Lager und die Welle Setzungsgetriebe einer Nutzlastturbine aufnehmenden vor den heißen Abgasen schützt. Dadurch, daß sich Einbuchtung, die in dem als Krümmer ausgebildeten das rohrförmige Teil an einen Teil der Einbuchtung Abgasrohr an der dem Krümmungsmittelpunkt abge- 5 anschmiegt, läßt es sich einerseits fest und sicher wandten Seite mit einer zur Maschinenachse senk- mit dem Abgaskrümmer verbinden und andererseits recht stehenden Stirnwand in das Innere des Abgas- wird dadurch die Steifigkeit des Abgaskrümmers krümmers einspringt. verbessert. Schließlich ist der Zusammenbau und

Gasturbinengehäuse dieser Art sind aus der italie- das Auseinandernehmen der Turbine wesentlich ver-

nischen Patentschrift 562 390 und der japanischen io einfacht.

Patentschrift 234 263 bekannt. Sie ergeben den Vor- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beteil eines einfachen,, raum- und gewichtssparenden steht darin, daß zwischen rohrförmigem Teil und Aufbaus, weil der Abgaskrümmer als Träger für die Lagergehäuse ein Ringraum mit einem Einlaßstutzen Nutzlastturbine und das Getriebe herangezogen wird, für ein gasförmiges Kühl- und Sperrmittel und mit wobei durch die Einbuchtung einerseits der Abgas- 15 Auslaßöffnungen in den aneinander befestigten, der krümmer versteift wird, so daß er als tragendes Bau- Nutzlastturbine zugewandten Stirnwänden des Lagerteil geeignet ist, und andererseits ein Raum zur Auf- gehäuses bzw. rohrförmigen Teils vorgesehen ist und nähme des Getriebegehäuses geschaffen wird, wo- daß letzteres mit axialem Abstand zur Stirnwand eine durch die Baulänge verkürzt wird. weitere zur Maschinenachse senkrechte Wand trägt,

Bei diesen bekannten Gasturbinengehäusen ist das 20 die von der Nutzlastturbinenwelle mit großem Spiel

vordere Lager der Nutzlastturbine ungeschützt im durchdrungen wird.

Abgaskrümmer mit Hilfe von Streben gelagert, wäh- Diese Ausbildung ermöglicht eine zusätzliche Kührend das hintere Lager an der Außenseite der senk- lung der Lager und der Welle der Nutzlastturbine, rechten Wand der Einbuchtung befestigt ist. Diese Vorzugsweise sind die der Nutzlastturbine abge-Konstruktion bringt verschiedene Schwierigkeiten mit 25 wandten Enden des rohrförmigen Teils und des Lasich. Einerseits sind das vordere Lager und die Welle gergehäuses mittels zur Maschinenachse koaxialer zyder Nutzlastturbine ungeschützt den heißen Abgasen lindrischer Flächen gleitbar ineinander gelagert, ausgesetzt. Andererseits ist die Montage der Nutz- Durch diese Ausgestaltung können sich unterschiedlastturbine im Abgaskrümmer schwierig und zeit- liehe Wärmeausdehnungen ausgleichen, so daß meraubend. Schließlich kann die Festigkeit und Steifig- 30 chanische Spannungen bei Erwärmung vermieden keit der ganzen Konstruktion insbesondere bei hohen werden.

mechanischen und thermischen Belastungen unzurei- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

chend sein, weil sie praktisch nur durch das ver- Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

hältnismäßig dünne Blech des Abgaskrümmers be- F i g. 1 eine Seitenansicht des Abgaskrümmers bei

stimmt ist. 35 einem Gasturbinengehäuse nach der Erfindung,

In der Zeitschrift »The Marine Engineer and Naval F i g. 2 eine Schnittansicht des vorderen Teils des

Architect«, November 1954, S. 448/449, ist anderer- Abgaskrümmers von Fig. 1,

seits eine Gasturbine beschrieben, bei der die Nutz- Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 von Fig. 2, lastturbine, die Turbinenwelle und das Untersetzungs- F i g. 4 ein Schnitt nach Linie 4-4 von F i g. 2,
getriebe von einem eigenen Gehäuse umschlossen 40 F i g. 5 eine Hinteransicht des Abgaskrümmers bei sind, das in der Einbuchtung eines ringförmig ausge- abgenommenem Untersetzungsgetriebe und
bildeten Abgasrohrs angeordnet ist. Diese Konstruk- F i g. 6 eine zum Teil aufgeschnittene perspektition ergibt zwar eine gute mechanische Festigkeit, vische Darstellung des Abgaskrümmers und des darin und die Nutzlastturbinenwelle sowie ihre Lager sind angebrachten rohrförmigen Teils,
vor den heißen Abgasen geschützt; die Vorteile des 45 In der Zeichnung ist ein Abgaskrümmer 10 dareinfachen Aufbaus und des geringen Gewichts gehen gestellt, der mittels Flanschen 12 und 14 (F i g. 1) an dabei aber verloren. dem den Kompressor, die Brennkammern und die

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gas- Kompressorgasturbine enthaltenden Teil 16 des Gasturbinengehäuses der eingangs angegebenen Art, bei turbinengehäuses befestigt ist.

dem unter Beibehaltung des einfachen, leichten und 50 Der Abgaskrümmer 10 enthält eine Nutzlastturbine raumsparenden Aufbaus die mechanische Festigkeit 22 mit einer Welle 24, welche nach hinten zu einem verbessert ist, Lager und Welle der Nutzlastturbine Untersetzungsgetriebe führt, das in einem Getriebevor den heißen Abgasen geschützt sind und ein leich- gehäuse 33 angebracht ist, von welchem.die Abtriebster Zusammen- und Auseinanderbau der Gasturbine welle 31 zum Antrieb der Last abgeführt ist, die beimöglich ist. 55 spielsweise ein Propeller ist. Die Nutzlastturbine 22,

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Welle 24 und das Getriebegehäuse 33 sind in der

ein die innere Begrenzung des Abgasrohrs bildendes anschließend beschriebenen Weise am Abgaskrüm-

und sich an einen Teil der Einbuchtung anschmie- mer 10 befestigt und werden ausschließlich von die-

gendes rohrförmiges Teil koaxial zur Maschinenachse sem getragen.

die Stirnwand durchsetzt und an ihr befestigt ist und 60 Der Abgaskrümmer 10 ist ein gekrümmtes rohr-

daß in dem rohrförmigen Teil ein die Lager der Nutz- förmiges Blechteil, das eine Einbuchtung 36 aufweist,

lastturbinenwelle aufnehmendes und das Getriebe- die von der dem Krümmungsmittelpunkt abgewandten

gehäuse tragendes Lagergehäuse befestigt ist. Seite unter Bildung einer etwa senkrecht zur Ma-

Bei dem Gasturbinengehäuse nach der Erfindung schinenachse liegenden Stirnwand 38 nach innen in

ist weiterhin der Abgaskrümmer der tragende Bau- 65 den Abgaskrümmer einspringt. Der Bodenabschnitt

teil für die Nutzlastturbine und das Getriebe. Die 39, die Einbuchtung und die sich anschließenden

ganze Nutzlastturbinenanordnung wird aber jetzt von Seitenwände 40 bilden zusammen einen Halbzylin-

eiiiem eigenen rohrförmigen Teil getragen, das einer- der, der nach oben und hinten offen ist. In der Stirn-

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wand 38 ist eine Öffnung 51 angebracht, die gleich- an der vorderen Stirnwand 57 mittels um den Umachsig mit diesem Halbzylinder liegt und den gleichen fang verteilter Schrauben 98 und Abstandsstücke 100 Durchmesser wie dieser hat. In diese Öffnung ist ein befestigt. Sie ragt vom vorderen Ende des rohrförmirohrförmiges Teil 30 eingesetzt und entlang dem mit gen Teils 30 radial nach innen und teilt den Raum einem Flansch 50 versehenen Rand der Öffnung 51 S zwischen der Scheibe 102 der Nutzlastturbine 22 und

angeschweißt. Der vordere Abschnitt dieses rohrför- der vorderen Stirnwand 57 sowie den Flanschen 66

migen Teils ragt von der Stirnwand 38 nach vorn in und 68 in zwei Kammern 104 und 106. Die Welle 24

den Abgaskanal, während sich der hintere Teil an verläuft mit großem Spiel durch die Mittelöffnung 96

die Wand des von der Einbuchtung gebildeten Halb- in der Wand 94, und der diese Öffnung umgebende

Zylinders anschmiegt. io Randabschnitt der Wand 96 ist nach vorn gebo-

Der nach vorn in den Abgaskanal ragende Ab- gen.

schnitt des rohrförmigen Teils 30 ist zusätzlich am Die Wand 94 ist am vorderen Ende des rohrförmi-

Abgaskrümmer 10 über drei hohle, stromlinienför- gen Teils 30 praktisch luftdicht mittels eines ring-

mige, um den Umfang verteilte Streben 54 abgestützt förmigen, gegabelten Teils 110, 112 befestigt, das

(Fig. 3). 15 einen vom rohrförmigen Teil 30 radial nach innen

Zwischen dem vorderen Abschnitt des rohrförmi- ragenden ringförmigen Flansch 114 umfaßt. Wie in

gen Teils 30 und der Wand des Abgaskrümmers 10 F i g. 4 gezeigt ist, sind die Flansche 112 und 114 mit

besteht ein ringförmiger Zwischenraum 52, in wel- Kerben 116 bzw. 118 versehen. Dagegen ist der

chem die Abgase nach hinten zum Auslaß 34 Flansch 110 massiv und ungekerbt. Die Kerben er-

strömen. 20 möglichen es, die Wand 94 vom Flansch 114 einfach

Im Inneren des rohrförmigen Teils 30 ist ein höh- dadurch abzunehmen, daß sie etwas verdreht wird,

les, kegelstumpfförmiges Lagergehäuse 55 angeord- Eine Anzahl von um den Umfang verteilten Lö-

net, das eine Umfangswand 56, eine vordere Stirn- ehern 120 sind in den aneinander anliegenden Flan-

wand 57, die aus einem Stück mit der Umfangswand sehen 66 und 68 vorgesehen. An der Oberseite des

56 gebildet ist, und eine hintere Stirnwand 58 auf- 25 rohrförmigen Teils 30 ist hinter der Stirnwand 38 ein

weist, die am hinteren Ende der Umfangswand 56 Stutzen 122 angebracht, durch welchen Druckluft

mittels einer Anzahl von Gewindebolzen 59 und Füh- vom Maschinenkompressor in den Ringraum 124 ge-

rungsbolzen 60 befestigt ist. Die hintere Stirnwand leitet wird, der zwischen dem rohrförmigen Teil 30

58 liegt außerhalb des rohrförmigen Teils 30 in der und der Umfangswand 56 des Lagergehäuses 55 be-

Einbuchtung 36. Das Getriebegehäuse 33 ist am La- 30 steht. Dieser Ringraum ist nach vorn durch die

gergehäuse 55 mittels Schrauben 63 befestigt. Flansche 66 und 68 und nach hinten durch den

Am vorderen Ende wird das Lagergehäuse 55 vom Flansch 76 abgeschlossen. Die Druckluft fließt vom

rohrförmigen Teil 30 mittels eines ringförmigen Flan- Ringraum 124 durch die Löcher 120 in die Kammer

sches 66 getragen, der sich vom vorderen Ende der 104, wo sie radial nach innen entlang der Vorder-

Umfangswand 56 radial nach außen erstreckt und 35 fläche der Stirnwand 57 und über das Lager 82

mittels Schrauben 70 an einem inneren ringförmigen strömt, von da durch die Mittelöffnung 96 in der Wand

Flansch 68 des rohrförmigen Teils 30 befestigt ist. 94 und um den Teil der Welle 24, der vor der Stirn-

Der Flansch 66 des Lagergehäuses liegt aus später wand 57 liegt, und von dort nach oben entlang der

erläuterten Gründen vor dem Flansch 68. Hinterseite der Nutzlastturbine 22 in den Abgas-

Das Hinterende des Lagergehäuses 55 ist im rohr- 40 strom, der von den Turbinenschaufeln 53 durch den

förmigen Teil 30 gleitbar mittels einer zylindrischen ringförmigen Kanal 52 zum Auslaß 34 strömt. Dem-

Fläche 72 gelagert, die an einem vom hinteren Ende entsprechend sind das Innere des Lagergehäuses 55,

des rohrförmigen Teils 30 radial nach innen gerich- die vordere Stirnwand 57 des Lagergehäuses, das La-

teten Flansch 76 gebildet ist und mit einer zylindri- ger 82, der vor dem Lagergehäuse liegende Abschnitt

sehen Fläche 80 zusammenwirkt, welche den Umfang 45 der Welle 24 und die Scheibe 102 der Nutzlastturbine

eines verdickten Endabschnitts der Umfangswand 56 alle durch eine Kühlluftschicht vor den heißen Ab-

des Lagergehäuses 55 bildet. Die beiden zylindrischen gasen geschützt. Da ferner die Passung zwischen den

Flächen 72 und 80 sind mit Passung im Gleitsitz in- Flächen 72 und 80 nicht luftdicht ist, kann Kühlluft

einandergefügt, wodurch eine genaue radiale Lage- durch diese hindurchtreten und über die Außenflä-

rung des Lagergehäuses gebildet wird. Jedoch können _5o chen der Stirnwand 58 entlang dem Lager 84 und

sich die beiden Flächen in der Längsrichtung gegen- entlang dem in der Einbuchtung hinter der Stirn-

einanderbewegen, wodurch unterschiedliche Wärme- wand 58 liegenden Abschnitt der Welle 24 strömen,

ausdehnung zwischen rohrförmigem Teil und Lager- wodurch auch diese Teile kühl gehalten werden. Die

gehäuse ohne Verwerfen ermöglicht wird. Obgleich Druckluftströmung, die radial nach außen durch die

die Passung zwischen den Flächen 72 und 80 eng ist, 55 Kammer 106 geht, verhindert, daß heiße Abgase

ist sie aus später erläuterten Gründen nicht luftdicht. radial nach innen in diese Kammer eindringen.

Die Welle 24 der Nutzlastturbine 22 ist in einem Schmiermittel wird den Lagern 82 und 84 durch

Rollenlager 82 und einem Kugellager 84 gelagert, die eine Schmiermittelleitung 129 zugeführt, die an der

in der vorderen Stirnwand 57 bzw. der hinteren Oberseite des rohrförmigen Teils 30 hinter der

Stirnwand 58 des Lagergehäuses 55 angebracht sind. 60 Stirnwand 38 angebracht ist.

Die Lager 82 und 84 sind in Buchsen 86 bzw. 88 be- Das vom rohrförmigen Teil 30 und Lagergehäuse

festigt. Die Nabenbuchsen 86 und 88 sind mit Halte- 55 gebildete doppelwandige versteifte Gebilde trägt

lippen 90 bzw. 92 versehen, die aus später erläuterten wesentlich zur konstruktiven Festigkeit des Abgas-

Gründen vor den Lagern angebracht sind. krümmers bei. Diese Teile erhöhen das Gewicht nicht

Am vorderen Ende des rohrförmigen Teils 30 ist 65 merklich, da sie aus verhältnismäßig dünnem Ma-

im Abstand vor der vorderen Stirnwand 57 eine wei- terial hergestellt sind.

tere zur Maschinenachse senkrechte Wand 94 mit Der Hauptteil des Gewichts der Nutzlastturbine,

einer Mittelöffnung 96 angeordnet. Die Wand 94 ist der Turbinenwelle und des Untersetzungsgetriebes

wird auf den Abgaskrümmer 10 und das Lagergehäuse 55, das rohrförmige Teil 30 und die Wände der Einbuchtung 36 übertragen. Nur ein kleiner Teil des Gewichts wird durch die Streben 54 übertragen.

Das Abgaskrümmeranordnung kann leicht dadurch auseinandergenommen werden, daß einfach die freiliegende hintere Stirnwand 58 des Lagergehäuses abgenommen wird, indem die Schrauben 59 entfernt werden (nachdem das Getriebegehäuse 33 durch Entfernen der Schrauben 63 abgenommen worden ist). Das Kugellager 84 wird zusammen mit der Stirnwand 58 entfernt. Dann kann der Turbinenläufer nach vorne aus dem Lagergehäuse herausgezogen werden. Der innere Wälzlagerring 130 und die Wälzkörper des Wälzlagers 82 werden mit der Turbinenwelle herausgenommen, während der äußere Wälzlagerring 132 durch die Lippe 90 zurückgehalten wird und in der vorderen Stirnwand 57 verbleibt. Es ist zu vermerken, daß die Öffnung 96 so groß ist, daß sie das Durchführen der Welle 24 und des inneren Wälzlagerrings 130 erlaubt. Nachdem der Turbinenläufer aus dem Gehäuse herausgenommen worden ist, wird die Wand 94 leicht dadurch abgenommen, daß die Schrauben 98 herausgeschraubt werden und die Wand gedreht und dann abgezogen wird. Dann kann das Lagergehäuse nach Entfernen der Schrauben 70 leicht als Ganzes aus dem vorderen Ende des rohrförmigen Teils 30 herausgezogen werden. Der Zusammenbau ist ebenso einfach. Sobald die Stirnwand 58 mit dem Lagergehäuse verschraubt ist, ist das Lagergehäuse 55 im rohrförmigen Teil 30 blockiert. Der Abfall der Umfangswand 56 nach hinten, die gleitbare Verbindung zwischen den Flächen 72 und 80, die Anordnung des Flansches 66 in bezug auf den Flansch 68 und die Anordnung der Lippen 90 und 92 tragen alle zum leichten Zusammenbau und Zerlegen bei.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasturbinengehäuse mit einer die Lagerung und das Untersetzungsgetriebe einer Nutzlastturbine aufnehmenden Einbuchtung, die in dem als Krümmer ausgebildeten Abgasrohr an der dem Krümmungsmittelpunkt abgewandten Seite mit einer zur Maschinenachse senkrecht stehenden Stirnwand in das Innere des Abgaskrümmers einspringt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die innere Begrenzung des Abgasrohrs bildendes und sich an einen Teil der Einbuchtung (36) anschmiegendes rohrförmiges Teil (30) koaxial zur Maschinenachse die Stirnwand (38) durchsetzt und an ihr befestigt ist und daß in dem rohrförmigen Teil (30) ein die Lager (82, 84) der Nutzlastturbinenwelle (24) aufnehmendes und das Getriebegehäuse (33) tragendes Lagergehäuse (55) befestigt ist.

2. Gasturbinengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen rohrförmigem Teil (30) und Lagergehäuse (55) ein Ringraum (124) mit einem Einlaßstutzen (122) für ein gasförmiges Kühl- und Sperrmittel und mit Auslaßöffnungen (120) in den aneinander befestigten, der Nutzlastturbine zugewandten Stirnwänden (66 bzw. 68) des Lagergehäuses bzw. rohrförmigen Teils vorgesehen ist und daß letzteres mit axialem Abstand zur Stirnwand (66) eine weitere zur Maschinenachse senkrechte Wand (94) trägt, die von der Nutzlastturbinenwelle mit großem Spiel durchdrungen wird.

3. Gasturbinengehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nutzlastturbine abgewandten Enden des rohrförmigen Teils (30) und des Lagergehäuses (55) mittels zur Maschinenachse koaxialer zylindrischer Flächen (80 bzw. 72) gleitbar ineinander gelagert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen