DE2012245A1 - Druckentlasteter Anlasserrotor - Google Patents

Description

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Druckentlasteter Anlasserrotor

Diese Erfindung betrifft Gasturbinenanlasser und insbesondere druckentlastete Anlasserrotoren.

Es ist bekannt, Kompressorrotoren und Turbinenrotoren in einer Gasturbine im Druck auszugleichen, zum Beispiel mit dem Hochdruck-Auslaß des Kompressors, Im allgemeinen wird ein Teil des Kompressorauslaßgases veranlaßt, derart auf die Laufradfläche aufzutreffen, daß es den darauf wirksamen axialen Längsbelastungen entgegenwirkt. Dies

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ist jedoch vom Standpunkt des Kompressorwirkungsgrades unerwünscht, weil es irgendwo im Kompressor eine Anzapfung nötig macht. In dem Fall eines Turbinenanlassers wird eine Quelle komprimierter Luft verwendet, um die Leistung für den Turbinenanlasserrotor zu liefern. Es ist auch unerwünscht, Luft von jener Quelle zur Druckentlastung des Rotors zu verwenden, weil es den Gesamt wirkungsgrad des Anlassers vermindert. Ein Druckausgleich des Anlasserrotors ist jedoch nötig, weil im frei laufenden Zustand, d. h. maximaler Rotorgeschwindigkeit mit minimalem Drehmoment, die an dem Rotor erzeugten Längskräfte die hohe Geschwindigkeit des Rotors und die Temperatur an den Rotorlagern die Lebensdauer der Lager beträchtlich vermindern und ein Versagen der Lager den Anlasser außer Betrieb setzt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat einen Weg gefunden, den Anlasserrotor im Druck auszugleichen und die Lager zu kühlen, ohne den Wirkungsgrad des Anlassers herabzusetzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gasturbinen-Anlasserrotor vorzusehen, welcher druckentlastet ist, um die axiale Längsbelastung darauf auszugleichen und welcher Lager aufweist, die durch dasselbe Medium gekühlt sind, das zur Druckentlastung des Rotors verwendet wird, ohne den Wirkungsgrad des Anlassers auf irgendeine Weise herabzusetzen.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein druckentlasteter Gasturbinen-Anlasserrotor mit gekühlten Lagern durch Anordnungen vorgesehen,

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welche den Niederdruek-Hochgeschwindigkeits-Turbinenauslaß verwenden, normalerweise Abgas, welches ins Freie ausgestoßen würde, um den Raum hinter dem Rotor unter Druck zu setzen, sodaß die Druckkraft der axialen Längsbelastung auf dem Turbinenrotor entgegenwirkt. Dieser selbe Turbinenauslaß wir_wd verwendet, um die Lager des Anlasserrotors zu kühlen, da die Temperatur der Auslaßluft des Turbinenrotors niedriger ist als die Temperatur der den Gasturbinenanlasser umgebenden Luft. Die unter Drucksetzung und Lagerkühlung wird durch das Vorsehen von schaufelartigen Öffnungen in dem Auslaß-Leitblech erreicht, das neben der Ausströmseite des Turbinenrotors angeordnet ist. Die schaufelartigen Öffnungen sind bezüglich des Rotors derart ausgerichtet, daß im frei laufenden Zustand das Geschwindigkeits gefalle der Wirbelkomponente in Druckgefälle umgewandelt wird. Dieses Druckgefälle oder dieser Auftreffdruck setzt den Hohlraum auf der Rückseite des Rotors unter Druck, welcher der Längskraft entgegenwirkt und deshalb die resultierende Längsbelastung auf dem Rotor und folglich auf den Lagern vermindert. Die Bewegung der Turbihenauslaßluft über die Gehäusefläche kühlt as Rotor gehäuse und deshalb die Lager.

Diese und andere Aufgäben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aü§ der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform derselben im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen hervorgehen.

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- 4 Es zeigt:

Pig. 1 eine Schnittansicht einer Turbinenanlass er-Rot or an Ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung·

Pig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlasserrotor-Schaufel und stellt ein Geschwindigkeitsvektordiagramm der die Rotorschaufel verlassenden Luft dar.

Fig. 3 eine unvollständige Schnittansicht einer Turbinenanlasser-Rotoranordnung gem. einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Pig. 1 ist ein Turbinenanlasserrotor 2 innerhalb eines Gehäuses 4 dargestellt, der eine Welle 5 aufweist, die drehbar in einem Lager β befestigt ist. Das Gehäuse 4 ist mit einem Einlaß 8 und einem Auslaß 10 versehen. Der Rotor 2 weist radial darauf angeordnete Schaufeln 12 auf. Einlaß-Führungsschaufeln 14 sind neben der Einlaßseite der Rotorschaufeln 12 vorgesehen. Neben der Ausströmseite der Rotor - schaufeln 12 ist ein Auslaß-Leitblech 16 angeordnet, welches Schaufelartige Öffnungen 18 darin aufweist. Eine mit Spiel versehene Dichtung 19 ist zwischen dem Rotor 2 und dem Leitblech 16 angeordnet.

-B-

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Im Betrieb tritt Luft durch den Einlaß 8 in das Gehäuse 4 des Turbinenanlass er rotors 2 ein, strömt vorbei an den Führungs schau fein 14, durch die Schaufeln 12 des Rotors 2 und gelangt durch den Auslaß 10, Wenn sich der Rotor in dem frei laufenden Zustand befindet, d. h. maximale Rotorgeschwindigkeit und keine Belastung auf dem Rotor, weist das Geschwindigkeitsdiagramm der eine Rot or schaufel 12 verlassenden Luft, die in Fig. 2 dargestellte Form auf. Der Pfeil 20 stellt die Geschwindigkeit der Luft bezüglich der Schaufel 12 dar. ä

Der Pfeil 22 stellt die absolute Geschwindigkeit der die Schaufel verlassenden Luft dar. Der Pfeil 24 stellt die Geschwindigkeit der Luft bezüglich des Leitbleches 16 und der schaufelartigen Öffnungen 18 dar. Der durch die Klammer 25 bezeichnete Teil des Pfeiles 24 ist die Wirbelkomponente. Ein Teil der Wirbelkomponente der Luft tritt in die Kammer 26 auf der Ausströmseite des Rotors 2 durch die schaufelartigen Öffnungen 18 ein, wie durch den Pfeil 28 dargestellt. Die Geschwindigkeitsenergie dieser Luft ist in ein Druckgefälle in -m

der Kammer 26 umgewandelt, setzt deshalb das Laufrad unter Druck und wirkt somit der Reaktionskraft auf dem Rotor entgegen. Die durch die sehaufelartigen Öffnungen 18 eintretende Luft strömt auch über das Lager 6 und kühlt dadurch das Lager. Die "Luft verläßt die Kammer durch einen Raum zwischen dem Leitblech 16 und der einen Spielraum aufweisenden Dichtung 19, wie durch den Pfeil 30 dargestellt, und gelangt durch den Auslaß 10 des Gehäuses 4 ins Freie,

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In Fig. 3 (worin gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen) ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Ein zusätzliches Leitblech 32 mit einem Loch 34 darin ist zwischen dem Leitblech 16 und dem Lager 6 in einem optimalen Abstand von dem Rotor 2 angeordnet, um einen optimalen Wirbel in der neugebildeten Kammer 36 zu verursachen. Diese Wirbelwirkung erhöht den Druck am äußeren Umfang des Laufrades. Infolge der Pumpwirkung des Rotors werden höhere Drücke in der Kammer 36 erzeugt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Pat e nt a η s ρ r ü c h e

   1./Gerät zum Druekentlästen des Rotors einer Gasturbine und zum Kühlen der die Turbinenrotorwelle drehbar aufnehmenden Lager, das ein Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß, einen eine Welle

   aufweisenden Turbinenrotor mit radial davon vorstehenden in dem ^;"

   Gehäuse angeordneten Schaufeln und ein Lager enthält, das in dem Gehäuse angeordnet ist, um die Welle drehbar aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß-Leitblech (16) in dem Gehäuse (4) neben der Ausströmseite der Schaufeln (12) attgeordnet ist und eine Anordnung zum Zuführen eines Teiles des aus dem Turbinenrotor (2) austretenden Gases in das Gehäuse (26) auf der

   Aueströmseite des Turbinenrotors (2) umfaßt, derart, daß der Druck

   de« Gase· auf der Ausströmseite des Turbinenrotors (2) erhöht ißt, wodurch der erhöhte Druck den auf denTurbinenrotorwirkenden axialen Längskräften entgegenwirkt und dadurch die Belastung auf den Lagern (6) verringert.

   . 2, Gerät nach Anspruch I^ gekennzeichnet durch eine ■■-"'' Anordnungum.jenen Teil dee aueetrömenden Gases von dem Turbinen.*

   rotor (Ä), welcher in da· Gehäuse auf der ÄueetrÖmBeite des Turbinen* '

   rotorB (2) eintritt, über das Lager (6) strömen zu lassen, wodurch das

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   Lager (6) gekühlt wird.

   3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Leitblech (16) einen Kreisring mit einer darin angeordneten schaufelartigen Öffnung (18) enthält, die bezüglich der Rotorschaufeln (12) derart ausgerichtet ist, daß im frei laufenden Zustand des Rotors (2) das Geschwindigkeits gefälle der Wirbelkomponente in ein Druckgefälle auf der Ausströmseite des Laufrades umgewandelt wird.

   4. Gerät nach Anspruch 1-3, gekennzeichnet durch 'ein Leitblech (32), das auf der Ausströmseite des Rotors in einem Abstand davon angeordnet ist, derart, daß eine Kammer (36) dazwischen gebildet ist, wobei das Leitblech (32) ein Loch (34) darin aufweist, um Luft in die Kammer (36) zuzuführen, wodurch in der Kammer ein Wirbel verursacht und dadurch der Druck auf das Laufrad erhöht wird.

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