DE2008209A1

DE2008209A1 - Schmiersystem bei einem Turbinenmotor

Info

Publication number: DE2008209A1
Application number: DE19702008209
Authority: DE
Inventors: Lawrence Bruce; Gill jun. John Arnold; Cincinnati; Earle jun. Roger Tiedeman Loveland; Ohio Venable (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-02-24
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1970-09-03
Also published as: FR2033022A5; JPS5239125B1; GB1293811A; BE746282A; US3528241A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinenmotor und insbesondere auf ein verbessertes, entlüftetes Sumpfschmiersystem mit Luftzirkulation bei einem solchen Motor.

Gasturbinen weisen normalerweise ein oder mehrere Hohlwellen auf, welche in einem Gehäuse über eine Reihe von Lagerstellen gelagert sind. Die Lagerstellen sind üblicherweise im Abstand entlang des oder der Wellen angeordnet und sind von einer oder mehreren Lager- oder Sumpf kammern umschlossen, durch welche die Schmierflüssigkeit im Kreislauf geführt wird. Die Sumpfkammern weisen üblicherweise ein oder mehrere ringförmige Dichtungen an der Berührungsstelle zwischen dem oder den Wellen und dem die Kammer bildenden Gehäuseteil und in einigen Fällen Dichtungen zwischen den Wellen auf.

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Um einen Verlust an Schmierflüssigkeit durch diese Dichtungsstellen zu verhindern und um die Schmierflüssigkeit auf einer zulässigen Temperatur zu halten, wird allgemein ein System vorgesehen, bei dem relativ kühle Luft in jede der Lagerkammern durch die entsprechenden Dichtungen hindurch gerichtet wird. Um einen Druckabfall über den Dichtungen aufrecht zu erhalten, damit ein ständiger Strom kühler Luft in jede Sumpfkammer gesichert ist, muß die Luft aus diesen Kammern beseitigt oder abgelassen werden. Ein Hauptproblem derartiger Sumpfschmiersysteme mit Luftzirkulation besteht darin, daß beim Beseitigen oder Ablassen der Luft aus dem Sumpf keine großen Mengen der Schmierf lüss igke it mitgeführt werden.

In der Vergangenheit war es allgemein üblich, die Sumpf kammern durch Leitungen zu entlüften, die sich durch die Streben des tragenden Gehäuses erstrecken. Das Luft-Schmierflüssigkeitsgemisch wurde sodann zu einem geeigneten Verteiler geleitet, in dem es gesammelt und zu einem Abscheider befördert wird, um die Schmierflüssigkeitsteilchen von der ausströmenden Luft zu trennen, bevor diese aus dem Turbinenmotor ausströmt. Typische Luft-Schmierflüssigkeitsseparatoren sind rotierende Zentrifugalabscheider, welche innerhalb eines zusätzlichen Getriebegehäuses angeordnet sind und von der Turbine angetrieben werden.

Bei diesen bekannten Anordnungen entstanden mehrere Probleme. Eines der Probleme bestand darin, daß die außen verlaufenden Leitungen, Rohrverzweigungen und zusätzlichen Abscheider den Aufbau der Turbine und deren Kosten nachteilig beeinflussen. Ein anderer Nachteil ist darin zu sehen, daß das zu entlüftende Luft-Schmierflüssigkeitsgemisch durch Hohlräume mit sehr heißer Luft hindurchwandern muß, was zu einem Erhitzen und damit zu einem Verkoken und Verdampfen von Schmierflüssigkeitsteilchen führt, die von der ausströmenden Luft mitgeführt werden. Das Verkoken auf den Entlüftungsleitungen und der Schmierflüssigkeitsverlust infolge

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Verdampfung sind unerwünschte Eigenschaften dieser Turbinenmotoren.

Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirksames und vereinfachtes System zur Entlüftung der Lager- oder Sumpfkammern derartiger Gasturbinenmotoren zu finden, bei dem die vorgenannten Probleme nicht auftreten.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes und vereinfachtes System zur Zirkulation relativ kühler Luft durch die Sumpfkammern zu finden, bei welchem äußere Leitungen und die Schmierf lüssigkeitsverluste auf ein Minimum verringert werden. :

Die vorstehenden Aufgaben werden bei einem Gasturbinenmotor mit einer ersten Hohlwelle dadurch gelöst, daß für die stromaufwärts und die stromabwärts liegenden Lagerkammern Mittel vorgesehen sind, durch die diese Kammern auf einen geeignet niederen Druck durch eine im Innern dieser ersten Welle gebildete zentrale Entlüftungsleitung entlüftet werden. Diese Mittel umfassen vorzugsweise mindestens eine radial verlaufende Entlüftungsleitung für jede Kammer, welche die zentrale Entlüftungsleitung mit der entsprechenden Kammer verbindet. Die Entlüftungsleitungen sind so bemessen, daß infolge der Zentrifugalwirkung verhindert wird, daß Schmierflüssigkeitsteilchen in die zentrale Entlüftungsleitung ein- -

treten können. Außerdem sind Mittel vorgesehen, durch die vom Verdichter verdichtete Luft in die stromaufwärts liegende Lagerkammer gerichtet wird und sodann durch die erste Welle in die stromabwärts liegende Lagerkammer strömen kann.

Bei Gasturbinenmotoren mit einer zweiten äußeren Welle, die konzentrisch zu der ersten -Welle angeordnet ist, werden Lagerkammern zwischen den Enden der äußeren Welle verwendet. Diese zw Ische η liegenden Kammern werden entlüftet in die stromaufwärts liegenden Lagerkammern durch Entlüftungsleitungen, welche vom Gehäuse getragen werden. Es sind auch

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BADORiGlHAL

Mittel vorgesehen, um die vom Verdichter verdichtete Luft direkt in die zwischenliegenden Lagerkammern durch die äussere Welle zu leiten.

Innerhalb der zentralen Entlüftungsleitung sind wirbelerzeugende Mittel angeordnet, die dazu dienen, die zentrifugale Abtrennung der Schmierflüssigkeitstelichen von dem ausströmenden Luft-Schmierflüssigkeitsgemisch zu fördern.

Der Aufbau jeder Lagerkammer kann zumindest eine Dichtung an der Verbindungsstelle des Gehäuseteils und der Welle oder Wellen, durch die eine Lagerkammer gebildet wird, aufweisen. Für jede Dichtung ist eine Dichtungsdruckkammer vorgesehen, außerdem Mittel, durch welche vom Verdichter verdichtete Luft in die Druckkammern geführt wird, wobei dann die Luft durch die Dichtungen in die Lagerkammern strömt, so daß durch jede Lagerkammer ein Luftstrom verdichteter Luft fließt. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die vom Verdichter verdichtete Luft in eine der stromaufwärts liegenden äußeren Kammern zu leiten. Von dort strömt die Luft zu einer der stromabwärts liegenden äußeren Kammern durch das Innere der Wellen. Wo Dichtungen zwischen den Wellen verwendet werden, sind Mittel vorgesehen, um auch durch diese Dichtungen durch die äußere Welle verdichtete Luft hindurchzupressen.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Gasturbinenmotor mit einer ersten Hohlwelle, welche mit dem ersten Kompressorteil und dem zweiten Turbinenteil verbunden ist und die von mindestens zwei in axialem Abstand angeordneten Lagerstellen gelagert wird. Außerdem ist ein Gehäuse vorhanden, das zusammen mit mindestens der ersten Welle eine stromaufwärts liegende Lagerkammer und mindestens eine in axialem Abstand dazu stromabwärts liegende Lagerkammer bildet, wobei diese Lagerkammern die Lagerstellen umschließen und eine

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Schmierflüssigkeit aufnehmen, wobei weiterhin Mittel vorgesehen sind, durch die zum Kühlen der Schmierflüssigkeit Luft in die Kammern geleitet wird. Zusätzlich sind Mittel vorhanden, durch die jede Lagerkammer entlüftet werden kann, so daß eine kontinuierliche Luftströmung durch jede Lagerkammer entsteht. Diese Entlüftungsmittel sind dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der ersten Welle ein zentraler Entlüftungskanal vorhanden ist. Dieser zentrale Entlüftungskanal ist an seinem stromaufwärts liegenden Ende verschlossen und an seinem stromabwärts liegenden Ende offen, so daß an dieser Stelle ein Ausströmen der Luft erfolgen kann. Das Entlüftungssystem weist weiterhin mindestens eine im wesentlichen radial angeordnete Entlüftungsleitung für die stromaufwärts liegende Lagerkammer und für die erste strom- f

abwärts liegende Lagerkammer auf. Jede dieser Entlüftungsleitungen verbindet die entsprechende Lagerkammer mit dem zentralen Entlüftungskanal und ist so bemessen, daß das hindurchströmende Luft-Schmierflussigkeitsgemisch auf eine Tangentialgeschwindigkeit beschleunigt wird, die ausreichend ist, um die Schmierf lüssigkeitsteilchen infolge der Zentrifugalwirkung abzutrennen und zu verhindern, daß diese abgetrennten Teilchen in die zentrale Entlüftungsleitung gelangen. .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Gasturbinenmotors, bei welchem die Erfindung verwirklicht ist.

Figur 2 einen in größerem Maßstab dargestellten Schnitt des stromaufwärts liegenden Teils des Gasturbinenmotors nach Figur 1.

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Figur 3 einen im vergrößerten Maßstab dargestellten Schnitt des dazwischenliegenden Teils des Gasturbinenmotors nach Figur 1 und

Figur 4 einen im vergrößerten Maßstab dargestellten Schnitt des stromabwärts liegenden Teils des Gasturbinenmotors nach Figur 1.

Die Figur 1 zeigt einen Gasturbinenmotor 10 mit einer inneren Hohlwelle 12 und einer dazu konzentrischen äußeren Welle 14. Die innere Welle 12 umfaßt einen Rotor 16 eines ersten Kompressors oder Verdichters 18, einen Turbinenrotor 20 einer zweiten oder Niederdruckturbine 22 und einen dazwischenliegenden, im wesentlichen zylindrischen Teil 19, der mit den Rotoren 16 und 20 über Sternkeil verb indungen verbunden ist. Die äußere Welle umfaßt einen Rotor 24 eines zweiten Kompressors 26, einen Turbinenrotor 28 für die erste oder Hochdruckturbine 30 und einen dazwischenliegenden, im wesentlichen zylindrischen Teil 31.

Das Hohlgehäuse 32 umschließt den zweiten Kompressor 26 und die Turbinen 22 und 30 und bildet zusammen mit den Wellen und 24 einen ringförmigen Kanal 34 für das durchfließende Betriebsmedium mit einem Einlaß 36 zwischen den Kompressoren 18 und 26 und einem Abgasauslaß 38 hinter der zweiten Turbine 22. Ein zweites Gehäuse oder Verdichterhaube 40 umschließt den Verdichter 18 und bildet zusammen mit der inneren Welle 12 und den Gehäuseteilen 32 einen ringförmigen Verdichterkanal 42 mit einem Einlaß 44 und einem düsenförmigen Auslaß 46.

Während des Betriebes wird Luft durch den Verdichter 18 verdichtet und strömt durch die Düse 46 aus, wobei ein Rückstoßschub erzeugt wird. Ein anderer Teil der verdichteten Luft strömt durch den Durchgang 34 und wird im Kompressor

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nochmals verdichtet. Die vom Kompressor 26 verdichtete Luft und ein geeigneter Brennstoff gelangen in die Brennkammer 48, wo der Brennstoff verbrannt wird und sich ein heißer Gasstrom ergibt, welcher die erste Turbine 30 und die zweite Turbine 22 antreibt, die ihrerseits über die Wellen 14 und 12 den Kompressor 26 und den Verdichter 18 antreiben. Ein weiterer RUckstoßschub wird durch den durch den Auslaß 38 austretenden ringförmigen heißen Gasstrom erzeugt.

Die innere und äußere Welle 12 und 14 werden durch mehrere Lagerstellen 50, welche im Abstand entlang der Wellen angeordnet sind, drehbar gelagert. Die Lager 50 sind mit dem äußeren Teil des Gehäuses 32 über mehrere Hohlstreben verbunden, welche sich im wesentlichen radial durch den Kanal 34 I erstrecken. In einem Gasturbinenmotor gemäß Figur 1 sind beispielsweise stromaufwärts vom Kompressor 26 Streben 52 vorgesehen. Weiterhin sind ,Zwischenstreben 54 und 56 vorhanden, welche sich zwischen dem Kompressor 26 und der Brennkammer 48 bzw. zwischen der Brennkammer 48 und der Turbine befinden, und stromabwärts von der Turbine 22 sind Streben vorhanden.

Wie die Figur 1 'schematisch zeigt, bildet das Gehäuse 32 in Verbindung mit mindestens einer der Wellen 12 und 14 stromaufwärts eine ringförmige Sumpf- oder Lagerkammer 60, einen dazwischenliegenden ringförmigen Sumpf oder Lagerkammer 62 und stromabwärts liegende Sümpfe oder Kammern 64 und 66, %

welche die Lager 50 einschließen.

Wie die Figuren 2, 3 und 4 am besten zeigen, ist für die Lager 50 ein zirkulierendes Schmiersystem vorgesehen, welches mehrere Sprühdüsen 68 einschließt, die teilweise eine unter Druck stehende Schmierflüssigkeit gegen die Lager 50 richten. Die so in die Lagerkammern eingespritzte Schmierflüssigkeit wird mittels Spülpumpen (nicht dargestellt) von den Kammern

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entfernt und einem geeigneten Behälter (nicht dargestellt) zugeführt, wo sie erneut unter Druck gesetzt und den Lagerkammern wieder zugeführt wird.

Um einen Verlust an Schmierflüssigkeit aus den Lagerkammern zu verhindern, sind geeignete Abdichtungen vorgesehen, welche sich an den Übergangsstellen des Teils des Gehäuses mit der oder den Wellen befinden. Bei dem stromaufwärts liegenden Sumpf 60 und bei dem stromabwärts liegenden Sumpf 64 sind außerdem noch geeignete Abdichtungen zwischen den Wellen 12 und 14 vorgesehen. Wie die Figur 2 zeigt, ist beispielsweise eine Abdichtung 70 zwischen dem Gehäuse und der inneren Welle 12, eine Abdichtung 72 zwischen dem Gehäuse und der äußeren Welle 14 und eine Abdichtung 74 zwischen den Wellen 12 und 14 vorgesehen. Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, sind Abdichtungen 76 zwischen dem Gehäuse und der äußeren Welle 14 an der Zwischenlagerkammer oder Sumpf 62, Abdichtungen 78, 80 und 82 für die stromabwärts liegende Lagerkammer 64 und eine Abdichtung 84 für die stromabwärts liegende Kammer 66 vorgesehen.

Um weiterhin ein Auslaufen der Schmierflüssigkeit aus den Lagerkammern zu verhindern und um zu verhindern, daß die Temperatur der Schmierflüssigkeit übermäßig ansteigt, was zu einer Verdampfung oder einem Verkoken der Schmierflüssigkeit führen kann, ist ein System vorgesehen, bei dem relativ kühle Luft, welche durch den Verdichter 18 verdichtet wurde, durch jede LageTkammer zirkuliert. Allgemein umfaßt dieses System Mittel zum Verteilen der im Verdichter verdichteten Luft in die Lagerkammern durch ihre entsprechenden Abdichtungen und Mittel zum Ausströmen der Luft aus den Lagerkammern und Entspannen der Luft auf den niedrigen Druck am Auslaß 38,

Wie die Figur 2 zeigt, ist das Gehäuse 32 so ausgebildet, daß sich zusammen mit der inneren Welle 12 und den die Lagerkammer 60 bildenden Gehäuseteilen eine äußere oder

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Dichtungsdruckkammer 86 ergibt. Mindestens einer der stromaufwärts liegenden Streben 52 ist an seiner stromaufwärts liegenden Kante mit einer Öffnung 88 versehen, durch welche die verdichtete Luft in das Innere der Strebe gelenkt wird. Am Teil 92 des Gehäuses ist eine Öffnung 90 angeordnet, durch welche die vom Verdichter verdichtete Luft vom. Innern der Strebe 52 in die Druckkammer 86 gelenkt wird. Am Gehäuseteil 92 befindet sich eine weitere Öffnung 94, durch welche die verdichtete Luft vom Innern der Strebe 52 in die nahe der Dichtung,72 liegende Druckkammer 96 gelenkt wird. Gemäß Figur 3 und 4 ist in ähnlicher Weise das Gehäuse 32 so ausgebildet, daß sich eine äußere Dichtungsdruckkammer 98 bildet, die den zwischenliegenden Sumpf 62 umschließt. Eine | weitere Druckkammer 100 ist für den stromabwärts liegenden Sumpf 64 und eine Druckkammer 102 für den stromabwärts liegenden Sumpf 66 vorgesehen.

Koaxial innerhalb der inneren Welle 12ist ein erstes röhrenförmiges Teil oder Leitung 104.geeignet befestigt. Hierdurch bildet sich innerhalb der Röhre 104 ein zentraler Entlüftungsdurchlaß 106 und zwischen der Röhre 104 und der inneren Welle 12 ein erster ringförmiger Fluiddurchlaß 108. Wie die Figur 1 zeigt, sind die stromaufwärts liegenden Enden der Durchlässe 106 und 108 durch ein geeignetes Verschlußteil 110 verschlossen. Wie die Figur 4 zeigt, ist das stromabwärts liegende Ende 112 der Röhre 104 offen und kommuni- j| ziert mit dein Auslaß 38 des Strömungsweges 34 des Betriebsmediums.

Wie die Figuren 2 und 4 zeigen, sind mehrere im wesentlichen radial .verlaufende Entlüftungsleitungen 114 vorgesehen, die den stromaufwärts liegenden Sumpf 60 und die stromabwärts liegenden Sümpfe 64 und 66 mit dem zentralen Entlüftungsdurchlaß 106 verbinden, so daß diese Sümpfe auf den niederen Drück entlüftet werden, der am stromabwärts liegenden Ende

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der Röhre 104 herrscht. Die Entlttftungsleitungen 114 sind so bemessen, daß das hindurchströmende Luft-Schmierflüsslgkeitsgemisch auf eine Tangentialgeschwindigkeit beschleunigt wird, die ausreichend ist, um die einzelnen Schmierf lüssigkeitstelichen infolge der Zentrifugierwirkung abzutrennen und zu ihrem entsprechenden Sumpf zurückzuleiten.

Die vom Verdichter verdichtete Luft wird von der stromaufwärts liegenden Dichtungsdruckkammer 86 durch Öffnungen am Verdichterrotor 16 und geeignete radiale Durchlässe 118 in den ersten ringförmigen Durchlaß 108 geleitet. Die verdichtete Luft strömt dann im Durchlaß 108 stromabwärts und durch Öffnungen 120 bzw. 122 der inneren Welle zu den stromabwärts liegenden Druckkammern 100 bzw. 102. Um eine Fortsetzung des Durchlasses 108 beim großen Turbinenrotor 20 zu haben, ist ein ringförmiger Teil 124 gemäß Figur 4 vorgesehen.

Wie den Figuren 2, 3 und 4 zu entnehmen ist, ist ein zweiter ringförmiger Durchlaß 126 vorgesehen, welcher zwischen der inneren und äußeren Welle 12 und 14 durch röhrenförmige Teile 128 und 130 gebildet wird, welche konzentrisch von der äußeren Welle 14 getragen werden und entlang des großen Kompressorrotors 24 bzw. entlang des großen Turbinenrotors verlaufen. Im Kompressorrotor 24 sind Öffnungen 132 vorgesehen, durch welche die verdichtete Luft über Öffnungen im röhrenförmigen Teil 128 von der Kammer 96 in den Durchlaß 126 geleitet wird. Diese verdichtete Luft drückt auf die Dichtung 74 der stromaufwärts liegenden Lagerkammer 60 und auf die Dichtung 80 zwischen den Wellen der stromabwärts liegenden Lagerkammer 64.

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, trägt die äußere Welle 14 konzentrisch ein weiteres röhrenförmiges Teil 136, das mit seinem stromaufwärts liegenden Ende an der Rotorscheibe

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des Kompressors und mit seinem stromabwärts liegenden Ende am Basisteil des Kompressorrotors 24 befestigt sein kann. Das röhrenförmige Teil 136 hat bezüglich des röhrenförmigen Teils 128 einen größeren Durchmesser, so daß sich ein dritter ringförmiger Strömungsdurchlaß 140 bildet, durch den die verdichtete Luft von der Kammer 96 über Öffnungen 142 an der äußeren Welle zu der Druckkammer 98, welche sich beim zwischenliegenden Sumpf 92 befindet, strömen kann. Dies ist der Figur 3 zu entnehmen.

Vom Gehäuse 32 werden geeignete Entlttftungsleitungen 144 getragen, die den zwischenliegenden Sumpf 62 mit, dem stromaufwärts liegenden Sümpf 60 verbinden. Hierdurch kann der zwischenliegende Sumpf 62 über den zentralen Entlüftungs- |

durchlaß 106 entlüftet werden. Wie der Figur 1 am besten zu entnehmen ist, verläuft die Leitung 144 vom Sumpf 92 durch . mindestens eine Strebe 54 zum äußeren Teil des Gehäuses 32, um den Kompressor 26 herum und nach innen über den Strömungsdurchlaß 34 durch mindestens eine der stromaufwärts liegenden Streben 52 zum stromaufwärts liegenden Sumpf 60,

Verwendung, Arbeitsweise und Funktion der Erfindung werden nachfolgend beschrieben:

Wie schon zuvor erwähnt, wird über die Sprühdüsen 68 in jeden der Sumpfe eine Schmierflüssigkeit eingebracht, weiche durch geeignete Spülpumpen (nicht gezeigt) zu einem gee ig- %

neten Behälter zurückbefördert wird, wobei sie erneut unter Druck gesetzt und dann wiederum den Sprühdüsen 68 zugeführt wird. Relativ kühle, vom Verdichter verdichtete Luft wird über die Öffnung 88 an einer Strebe, das Strebeninnere und die öffnungen 90 und 94 in die stromaufwärts liegenden Druckkammern 86 und 96 geleitet. Die verdichtete Luft der Kammern 86 und 96 tritt über die Dichtungen 70 und 72 in den stromaufwärts liegenden Sumpf 60 ein. Es handelt sich hierbei um

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einen Leckstrom. Gleichzeitig wird die unter Druck stehende Luft von der Kammer 96 durch die Öffnungen 132 am Kompressorrotor und durch die Öffnungen 134 am röhrenförmigen Teil 128 in den ringförmigen Durchlaß 126 und von dort über die Dichtung 74 in die Lagerkammer 60 geleitet. Um den stromaufwärts liegenden Sumpf 60 auf einem niedrigeren Druck zu halten, als wie er in den Kammern 86 und 96 vorhanden ist, damit ein stetiger Fluß kühler Luft in und durch den Sumpf gegeben ist, ist der Sumpf 60 durch die Leitungen 114 und den zentralen Entlüftungsdurchlaß.106 auf den niederen Druck am Auslaß 38 entlüftet. Da die aus der Kammer 60 zur Entlüftungsleitung 106 ausströmende Luft durch die Leitung 114 hindurchwandert, wird ihre Drehgeschwindigkeit erhöht, so daß infolge der Zentrifugalwirkung die von der Luft mitgeführten Schmierflüssigkeitsteilchen von ihr abgetrennt und zur Kammer 60 zurückgeführt werden, von wo sie wieder in den Kreislauf zur Spülpumpe gelangen.

Den Figuren 2 und 3 ist zu entnehmen, daß die vom Verdichter verdichtete Luft von der stromaufwärts liegenden Druckkammer 96 zu der Druckkammer 98 geleitet wird, welche dem zwischenliegenden Sumpf 62 benachbart ist. Die Luft wandert hierbei durch die Öffnung 132 des Kompressorrotors, den ringförmigen Durchlaß 140 und die Öffnung 142 an der äußeren Welle. Die unter Druck stehende Luft der Kammer 98 wandert dann durch die Dichtungen 76 in den Sumpf 62. Der Druck im Sumpf 62 wird auf einem geringeren Wert gehalten als der Druck in der Kammer 98, indem der Sumpf 62 durch die Entlüftungsleitungen 144 zum stromaufwärts liegenden Sumpf 60 entlüftet wird. Beim Entlüften des zwischenliegenden Sumpfes 62 wird die Schmierflüssigkeit während des Durchgangs durch den heißen Teil der Strebe 54 verdampft. Sie kann im stromaufwärts liegenden Sumpf 60 wieder kondensieren, bevor die Luft durch den zentralen Entlüftungsdurchlaß 106 abgeführt wird. Zur weiteren Verminderung der Schmierf lüssigke it sverluste infolge verdampfung kann eine Sprühdüse 68 für die

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Schmierflüssigkeit am Sumpf 62 am Ende der Entlüftungsleitung 144 vorgesehen sein, welche Schmierflüssigkeit in den Teil der Entlüftungsleitung einsprüht, der durch die Strebe 54 hindurchgeht und dort eine Kühlung bewirkt.

Wie am besten den Figuren 2''und".4 zu entnehmen ist, wird die vom Verdichter verdichtete Luft von der Druckkammer 86 durch die Öffnungen 116 an der inneren Welle, die radialen Durchlässe 118, den ringförmigen Durchlaß 108 und die öffnungen 120 am Turbinenrotor zu der Druckkammer 100 geleitet. In ähnlicher Weise wird die verdichtete Luft durch die öffnungen 122 der inneren Welle zur Druckkammer 102 geleitet, die dem stromabwärts liegenden Sumpf 66 benachbart ist. _N

Die unter Druck stehende Luft in der Kammer 100 dringt über die Abdichtungen 78 und 82 in den stromabwärts liegenden Sumpf 64 ein. In gleicher Weise strömt die unter Druck stehende Luft im Durchlaß 126 über die Dichtung 80 in den Sumpf 64 ein. Ein stetiger Fluß der unter Druck stehenden Luft in die Kammer 64 wird durch Entlüften dieses Sumpfes auf den niederen Druck der zentralen Entlüftungsleitung 106 durch die Entlüftungsleitung 114 in gleicher Weise erreicht, wie sie beim stromaufwärts liegenden Sumpf 60 vorstehend beschrieben wurde. In ähnlicher Weise dringt die unter Druck stehende Luft der Druckkammer 102 durch die Dichtung 84 hindurch und in den stromabwärts liegenden Sumpf 66 ein, von wo sie m

durch die radialen Entlüftungsleitungen 114 in den.zentralen Entlüftungsdurchlaß 106 gelangt. Es sei erwähnt, daß das stromabwärts liegende Ende des ringförmigen Durchlasses 108 durch ein geeignetes ringförmiges Stopfenteil 145 verschlossen ist, welches zwischen dem röhrenförmigen Teil 104 und der inneren Welle 12 verläuft.

Obwohl die Entlüftungsleitungen 114 zur Trennung von Luft und Schmierflüssigkeit hochwirksam sind, kann angenommen werden, daß etwas Schmierflüssigkeit als Nebel oder

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möglicherweise als Dampf in die zentrale Entlüftungsleitung 106 gelangt. Da die zentrale Entlüftungsleitung 106 von dem ringförmigen Durchlaß 108 umgeben ist, durch den relativ kühle, vom Verdichter verdichtete Luft strömt, wird hierdurch die Kondensation irgendwelcher Schmierflüssigkeitsdämpfe in der zentralen Entlüftungsleitung 106 stark gefördert. Da weiterhin die ausströmende Luft in Richtung der Drehrichtung der inneren Welle infolge der ihr aufgedrückten Drehgeschwindigkeit durch die Entlüftungsleitungen 114 und durch die Drehung des Röhrenteiles 104 verwirbelt wird, werden während ihres Durchgangs durch den zentralen Entlüftungsdurchlaß 106 die von der ausströmenden Luft mitgeführten Schmierf lüssigkeitsteilchen durch die Zentrifugalwirkung separiert, wobei sie sich an der Wand des röhrenförmigen Teils 104 niederschlagen. Es können dann geeignete Mittel vorgesehen werden, um die zentrifugierte Schmierflüssigkeit zu sammeln und zu einem der Sümpfe zurückzuführen. Beispielsweise kann das röhrenförmige Teil 104 mit einer umlaufenden Rille 146 versehen sein, von welcher die von der ausströmenden Luft zentrifugieren Schmierflüssigkeit steilchen gesammelt werden. Entlang des ringförmigen Durchgangs 108 können mehrere radial verlaufende Leitungen 148 vorgesehen sein, durch die die Schmierf lüssigkeit zurückgeführt wird und so in der Lagerkammer 60 gesammelt wird. Es kann auch damit, wie beispielsweise die Figur 1 zeigt, die Sternkeilwellenverbindung 21 zwischen den inneren Wellenteilen 16 und 19 geschmiert werden.

Eine zusätzliche Abtrennung der von der ausströmenden Luft mitgeführten Schmierf lüssigkeitsteilchen kann erreicht werden durch wirbelerzeugende Prallmittel 152, wie sie am besten in Figur 4 gezeigt sind. Durch diese Mittel wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der ausströmenden Luft-SchaierflüssigkeitBMiachung zusätzlich zu ihrer normalen Drehgeschwindigkeit erhöht. Die durch die Mittel 152 zentrifugierte η Schmierf lüssigkeitsteilchen können dem Schmiersystem

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durch die Entlüftungsleitungen 114 beim Sumpf 66 oder durch andere geeignete Anordnungen, wie beispielsweise in Zusammenhang mit der stromaufwärts liegenden Sternkeilwelle 21 beschrieben, wieder zugeführt werden. Zur Verminderung irgendeines Druckabfalls innerhalb der Entlüftungsleitung infolge der wirbelerzeugenden Mittel 152 kann ein Leitblech 154 zur Geradführung vorgesehen werden.

Wie die Figur 1 zeigt, ist der Auslaß 38 so ausgebildet, daß der ringförmige heiße Abgasstrom dort konvergiert. Durch die Entlüftung der Sümpfe im Zentrum dieses konvergierenden Abgasstromes wird der Druck innerhalb der Motorsümpfe bei Flughöhen über 12 000 m (40 OOO ft) auf einem Wert gehalten, der ausreichend hoch ist, um irgendeinen Verlust des Förder-

Wirkungsgrades der Spülpumpen zu verhindern, der sonst auf- ™

treten könnte.

Wie dem Vorstehenden zu entnehmen ist, beinhaltet die Erfindung ein hochwirksames und einfaches System zur Erzeugung einer relativ kühlen Luftströmung durch jeden Sumpf oder Lagerkammer, wobei die Schmierflttssigkeitsverluste des Sumpf se hm ie rsy stems verringert werden.

Die vorliegende Erfindung wurde erläutert anhand einer zweiwelligen Gasturbine mit einem zwei Strömungen erzeugenden Verdichter. Die Erfindung kann jedoch gleicherweise, bei Gasturbinen ohne Nebenstrom mit mehr oder weniger als zwei M

Wellen angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

iasturbinenmotor mit einer mit dem ersten Kompressor ^—'und der zweiten Turbine verbundenen ersten Hohlwelle, die über mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Lagerstellen drehbar gelagert ist, einem Gehäuse, das zusammen mit mindestens der ersten Welle eine stromaufwärts liegende Lagerkammer und in axialem Abstand dazu mindestens eine stromabwärts liegende Lagerkammer bildet, wobei diese Lagerkammern die Lagerstellen umschließen und eine Schmierflüssigkeit aufnehmen, wobei weiterhin Mittel zum Leiten von Luft in diese Lagerkammern vorgesehen sind, damit die Schmierflüssigkeit gekühlt werden kann und wobei weiterhin Mittel zum Entlüften der Lagerkammern vorhanden sind, damit eine kontinuierliche Luftströmung durch die Lagerkammern entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsmittel einen zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) aufweisen, der innerhalb der ersten Welle (12) gebildet wird und der an seinem stromaufwärts liegenden Ende (110) verschlossen und an seinem stromabwärts liegenden Ende (112) zum Ausströmen des Fluidums offen ist, mindestens eine im wesentlichen radial angeordnete Entlüftungsleitung (114) für die stromaufwärts liegende Lagerkammer (60) und die erste stromabwärts liegende Lagerkammer (64) vorgesehen ist, wobei jede Entlüftungsleitung (114) mit ihrer entsprechenden Lagerkammer und mit dem zentralen Entlüftungsdurchlaß kommuniziert und so bemessen ist, daß das durch sie hindurchströmende Luft-Schmierflüssigkeitsgemisch auf eine Tangentialgeschwindigkeit beschleunigt wird, die ausreichend ist, die Teilchen des SchmierflüssigkeitsnebeIs infolge Zentrifugierwirkung vom Gemisch abzutrennen und zu verhindern, daß die abgetrennten Teilchen in den zentralen Entlüftungsdurchlaß gelangen.

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2. Turbinenmotor nach Anspruch 1, dadurch g e k en η ζ e i c h η e t , daß innerhalb des zentralen Entlüftungsdurchlasses (106) stromabwärts der der strom-• aufwärts liegenden Lagerkammer (60) zugeordneten Entlüftungsleitung (114) wirbelerzeugende Mittel (152) angeordnet sind, welche die Drehgeschwindigkeit des durch den zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) strömende Luft- · Schmierflüssigkeitsgemisch erhöhen und hierbei die Schmierflüssigkeitsteilchen durch Zentrifugierwirkung abscheiden.
3· Turbinenmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts und ^ stromabwärts liegenden Lagerkammern (60, 64) jeweils am f Zusammenlauf der ersten Welle (12) und der die Lagerkammern (60, 64) oder die Luftleitmittel bildenden Gehäuseteile (32) mindenstens eine Dichtung (70, 78, 80, 82) aufweisen und eine stromaufwärts liegende Dichtungsdruckkammer (86) vorhanden ist, die mit ihrer Druckluft von außen auf die Dichtung der stromaufwärts liegenden Lagerkammer drückt, wobei durch diese Dichtung ein Luftstrom in dieser Lagerkammer entsteht und eine stromabwärts liegende Dichtungsdruckkammer (100) vorgesehen ist, deren Druckluft von außen auf die Dichtung dec stromabwärts liegenden Lagerkammer drückt» wobei durch diese Dichtung ein Luftstrom in dieserLagerkammer entsteht. m
4, Turbinenmotor nach Anspruch 3» dadurch g e k e η n-z e i c h η e t , daß die die Luft verteilenden Mittel Mittel aufweisen, durch die ein Teil der vom ersten Kompressor des Motors verdichteten Luft in die stromaufwärts liegende Dichtungsdruckkammer geleitet wird und ein erstes röhrenförmiges Teil (104) vorgesehen ist, welches innerhalb der ersten Welle angeordnet ist und von ihr koaxial getragen wird, wobei dieses erste röhren-.förmige Teil den zentralen Entlüftungsdurchlaß bildet und

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der radiale Zwischenraum zwischen diesem röhrenförmigen Teil und der ersten Welle einen ersten ringförmigen Durchlaß (108) ergibt, welcher mit der stromaufwärts und der stromabwärts liegenden Dichtungsdruckkammer kommuniziert und durch den die verdichtete Luft zu der stromabwärts liegenden Dichtungsdruckkammer gelenkt wird und der weiterhin zur Kühlung des zentralen Entlüftungsdurchlasses (106) dient.
5. Turbinenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur ersten Welle konzentrisch angeordnete äußere Welle zwischen dem ersten Kompressor und der zweiten Turbine angeordnet ist, welche mit einem zweiten Kompressor und einer ersten Turbine verbunden ist und die nahe ihren Wellenenden durch Lagerstellen drehbar gelagert wird, wobei die Entlüftungsmittel der stromaufwärts liegenden Lagerkammer (60) und der ersten stromabwärts liegenden Lagerkammer (64) so ausgebildet sind, daß sie mindestens einen Teil des stromaufwärts und stromabwärts liegenden Endes der äußeren Welle (14) und die Lagerstellen (50) der äußeren Welle umschließen.
6. Turbinenmotor nach Anspruch 5, dadurch g e -kennze lehnet , daß nahe den Enden der äußeren Welle (14) Dichtungen (74) zwischen den Wellen vorgesehen sind, die Teil der stromaufwärts und der ersten stromabwärts liegenden Lagerkammern (60, 64) bilden und die Mittel zum Leiten der Luft einen Durchlaß (126) umfassen, welcher mindestens von einem Teil und im Inneren der äußeren Welle gebildet wird und durch den die vom ersten Kompressor verdichtete Luft außerhalb der zugeordneten Lagerkammern (60, 64) zu der Dichtung (74) zwischen den Wellen gelangt, wobei sie durch die Dichtung (74) in die zugehörige Lagerkammer eingepreßt wird.

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7. Turbine nach Anspruch 1 mit einer zur ersten Welle konzentrisch angeordneten äußeren Welle, die zwischen dem ersten Kompressor und der zweiten Turbine angeordnet ist und einen zweiten Kompressor und eine erste Turbine trägt, und die nahe ihren Wellenenden durch Lagerstellen drehbar gelagert ist, dadurch g e k e η η -ze lehn et, daß die Entlüftungsmittel mit der äußeren Welle zusammenwirken, eine von der äußeren Welle und dem Gehäuse gebildete zwischenliegende Lagerkammer (62) vorhanden ist, die die zwischenliegende Lagerstelle (50) einschließt und eine Schmierflüssigkeit aufnimmt, weiterhin Mittel (140, 142) vorgesehen sind, die Luft in diese Kauter (62) zur Kühlung der Schmierflüssigkeit leiten und eine Entlüftungsleitung (144) vom Gehäuse (32) J

getragen wird, durch die die Lagericammer (62) zur stromaufwärts liegenden Lagerkammer (60) und von dort zum zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) entlüftet wird, wobei durch diese Lagerkammer (62) eine konstante Luftströmung entsteht.
8. Turbine nach Anspruch 7, d a d u r c h ge kennzeich net , daß Mittel (68) zum Einspritzen einer Schmierflüssigkeit in die Entlüftungsleitung (144) vorgesehen sind, um diese Leitung zu kühlen und die Verdampfung der durch diese Leitung von der zwischenliegenden Lagerkammer (62) entlüfteten Luft-Schmierflüssigkeits- g mischung zu vermindern. <
9. Turbine nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -ζ ei c h η e t , daß die zwischenliegende Lagerkammer (62) am Zusammenlauf der äußeren Welle (14) mit dem die Lagerkammer (62) bildenden Gehäuseteil (32) mindestens eine Dichtung (76) aufweist, daß die die Luft zu der Lagerkammer leitenden Mittel eine Dichtungsdruckkammer (98) umfassen, die mit mindestens einer der Dichtungen (76) kommuniziert und Mittel zum Durchleiten der vom

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ersten Kompressor verdichteten Luft durch die äußere Welle zur Kanuner (98) vorgesehen sind, wobei diese Luft durch die Dichtung (76) in die zwischenliegende Lagerkammer einströmt.
10. Turbine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 mit einem ersten und einem zweiten Kompressor und einer ersten und einer zweiten Turbine, die in Serie angeordnet sind, mit einer inneren Hohlwelle und einer dazu konzentrischen äußeren Hohlwelle, die einmal den ersten Kompressor mit der zweiten Turbine und zum anderen den zweiten Kompressor mit der ersten Turbine verbinden, mit einem Gehäuse, welches mindestens den zweiten Kompressor und die Turbinen einschließt, wobei durch das Gehäuse mindestens teilweise ein im wesentlichen ringförmiger Durchlaß für das Betriebsmedium mit einem Einlaß vor dem zweiten Kompressor und einem Auslaß nach der zweiten Turbine gebildet wird und vier durch das Gehäuse getragene, im axialen Abstand voneinander angeordnete Lagerstellen vorgesehen sind, durch die die Wellen drehbar gelagert werden, wobei durch das Gehäuse zusammen mit mindestens einer der Wellen an den vier Lageretellen Lagerkammern gebildet sind, die die Lagerstellen einschließen und Schmierflüssigkeit aufnehmen und wobei die stromaufwärts liegende Lagerkammer unmittelbar am stromaufwärts liegenden Ende der äußeren Welle, eine zweite Lagerkammer zwischen den Wellenenden der äußeren Welle und eine andere Lagerkammer stromabwärts von der zwischenliegenden Lagerkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster rohrförmiger Teil (104) koaxial in der inneren Welle angeordnet ist und von ihr getragen wird, der einen zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) im Innern und einen ersten ringförmigen Durchlaß (108) zwischen dem Teil (104) und der inneren Welle (12) bildet, wobei der zentrale Entlüftungsdurchlaß (106) an seinem stromaufwärts liegenden

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Ende (110) verschlossen und an seinem stromabwärts liegenden Ende (112) für den Auslaß geöffnet ist, daß mindestens eine Entlüftungsleitung (114) für die stromaufwärts liegende Lagerkammer (60) und die stromabwärts liegenden Lagerkammern (64, 66) vorgesehen ist, die im wesentlichen radial zwischen dem ersten rohrförmigen Teil und der inneren Welle verläuft, mit dem zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) und ihrer zugehörigen Lagerkammer kommuniziert und so bemessen ist, daß das durchströmende Luft-Schmierstoff gemisch auf eine Tangentialgeschwindigkeit beschleunigt wird, bei der die mitgeführten Schmierstoffteilchen durch die Zentrifugalwirkung abgeschieden werden, und nicht in den zentralen Durchlaß eintreten und daß weiterhin vom Gehäuse getragene Leitungen (144) vorge- i

sehen sind, die mit der mittleren Lagerkammer (62) und der vorderen Lagerkammer (60) zur Entlüftung der mittleren Lagerkammer (62) durch die vordere Lagerkammer (60) zum zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) kommunizieren.
11. Turbine nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e η η -ζ e i c h η e t , daß der vorderen Lagerkammer (60) eine erste und eine zweite Dichtungsdruckkammer (86, 96) und jeder der verbleibenden Lagerkammern eine Dichtungsdruckkammer (98, 100, 102) zugeordnet ist, zwischen jeder der Druckkammern und der zugehörigen Lagerkammer Dichtungen (70, 72, 78, 80, 82) angeordnet sind, Mittel (88, 90, 94) zum Leiten der vom ersten Kompressor (18) verdichteten ™

Luft in die erste und zweite Druckkammer (86, 96) vorgesehen sind, wobei ein Teil dieser Luft durch die Dichtungen in die vordere Lagerkammer strömt, erste Mittel (116, 118) zum Leiten der verdichteten Luft von der ersten Druckkammer (86) durch den ersten ringförmigen Durchlaß (108) zu den den hinteren Lagerkammern (64, 66) zugeordneten Druckkammern (100, 102) vorhanden sind, durch die die Luft in diese Lagerkammern eindringt und weiterhin zweite Mittel (126) vorgesehen sind, durch die die Luft

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der ersten Druckkammer (96) durch die äußere Welle (14) zu der der mittleren Lagerkammer zugeordneten Druckkammer (98) geleitet wird.
12. Turbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Lagerkammer (60) und die vordere der hinteren Lagerkammern (64, 66) jeweils einen Teil des vorderen bzw. hinteren Endes der äußeren Welle (14) umschließen, nahe jedem Wellenende der äußeren Welle (14) zwischen den Wellen liegende Dichtungen (74) vorhanden sind und dritte Mittel (126, 128, 132, 134) vorgesehen sind, durch die die verdichtete Luft von der zweiten Dichtungsdruckkammer zu den Dichtungen (74) ge-

fc leitet wird.
13. Turbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten luftverteilenden Mittel einen zweiten und dritten röhrenförmigen Teil (128, 130) umfassen, die koaxial innerhalb der äusseren Welle (14) angeordnet sind und von ihr getragen werden, wobei ein zweiter ringförmiger Durchlaß (126) entsteht, der mit den Lagern (74) zwischen den Wellen kommuniziert und ein vierter rohrförmiger Teil (136) vorhanden ist, der ebenfalls innerhalb der äußeren Welle (14) konzentrisch angeordnet ist und von ihr getragen wird

und einen dritten ringförmigen Durchlaß (140) zwischen ™ dem zweiten und dem vierten Rohrteil bildet, wobei über

mindestens eine Öffnung (142) und mindestens eine Öffnung (134) die zweite Dichtungsdruckkammer (98) mit dem zweiten und dem dritten ringförmigen Durchlaß (126, 140) kommuniziert.
14. Turbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Welle (12) mindestens zwei Abschnitte (19 und 16, 20) mit einer Keilverbindung (21) aufweist, die stromabwärts einer einer Lagerkammer

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zugeordneten Entlttftungsleitung (114) angeordnet sind, Mittel (146) zum Sammeln der von dem Luft-Schmierstoffgemisch in dem zentralen Entlüftungsdurchlaß (106) durch Zentrifugalwirkung abgeschiedenen Schmierstoffe vorgesehen sind, die die gesammelten Schmierstoffe zu der Keilverbindung leiten. ·

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