DE2646152A1

DE2646152A1 - Kuehlanordnung fuer lagersumpf

Info

Publication number: DE2646152A1
Application number: DE19762646152
Authority: DE
Inventors: James Dennis Mchugh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1976-10-13
Publication date: 1977-04-28
Also published as: JPS6140845B2; GB1561814A; US4046223A; DE2646152C2; JPS5260461A

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler

PATENTANWALT

6000 Frankfurt/Main 1 12 .10. 1976

Kaiserstrasse 41 Vo/Rg

Telefon (0611)235555 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

4O53-51GA-2465

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road SCHENECTADY,"N.Y./U.S.A.

Kühlanordnung für Lagersumpf

Die Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen und insbesondere auf eine verbesserte Anordnung zum Kühlen des Lagersumpfes einer Gasturbine.

Die Lager und Lagergehäuse von Turbomaschinen, wie beispielsweise Gasturbinen, sind häufig in einer Umgebung angeordnet, wo hohe Temperaturen und hohe Drucke herrschen. Wenn beispielsweise eine Lagerstütze zwischen dem Kompressor und der Turbine verwendet

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wird, kann das dieses Lager umgebende Gehäuse einer Kompressorausgangsluft ausgesetzt sein, die eine Temperatur von 315 C (600 ⁰P) oder mehr hat. Wenn das zum Schmieren des Lagers verwendete Mittel dieser hohen Temperatur ausgesetzt ist, kann es sich in seiner Wirkung verschlechtern und Koks oder Schlamm bilden. Ein derartiges verschlechtertes Schmiermittel kann auch eine brennbare Mischung bilden oder Dämpfe mit einer niedrigen Selbstentzündungstemperatur emittieren. Aus diesen Gründen ist es bisher üblich gewesen, die die Sumpfkammer bildende Wandoberfläche von den hohen Temperaturen zu trennen bzw. zu isolieren, indem beispielsweise eine oder mehrere umgebende Kammern gebildet werden, denen Kühlluft zugeführt werden kann. Es ist weiterhin üblich gewesen, eine ölsprühanordnung vorzusehen, der ein Schmiermittel parallel zu der Schmiermittelströmung zum Lager zugeführt wurde. Auch wenn derartige Anordnungen wirksam sein können, so erfordern sie eine zusätzliche Schmiermittelströmungskapazität gegenüber derjenigen, die zum Schmieren des Lagers allein erforderlich ist, und sie neigen dazu, etwas komplex zu werden.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wirksame Anordnung zum Kühlen des Lagersumpfes einer Gasturbine zu schaffen. Weiterhin beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Kühlanordnung für den Lagersumpf einer Gasturbine, die keine Vergrößerung der gesamten Schmiermittelzufuhr erfordert.

Diese Aufgabe wird, kurz gesagt,durch eine Vorrichtung zur Zufuhr von Schmiermittel zur Lagerfläche des Achslagers und zum anschließenden Sprühen des Schmiermittels, nachdem es zu Schmierzwecken verwendet worden ist, gegen die inneren Wandoberflächen des Gehäuses gelöst, das das Lager stützt und die Sumpfkammer bildet, in der das Lager untergebracht ist. Die Zufuhr-und Sprühvorrichtung umfaßt geeignete Kanäle zur Zufuhr des Schmiermittels zur Lagerfläche des Achslagers, Mittel zum Sammeln des Schmiermittels, wenn es den Bereich des zu schmierenden Lagers verläßt, und Mittel zum Sprühen des gesammelten Schmiermittels gegen die Innenwandfläche des Gehäuses. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Sammelmittel radial nach innen gerichtete

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ringförmige Sammelrillen, die in der Achslagerverkleidung an einer Stelle axial außen von der die Lagerfläche enthaltenden Stelle des Achslagers ausgebildet sind, und axial nach außen verlaufende Schmiermittel-Verteilungsrillen. Die Sprühmittel können Kanäle umfassen, die radial durch die Achslagerverkleidung hindurchführen und mit den Sammelrillen in Verbindung stehen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.

Figur 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht von einer Hochleistungs-Gasturbine, die die Kühlanordnung gemäß der Erfindung verwendet.

Figur 2 ist eine Schnittansicht im vergrößerten Maßstab von einem Lagersumpf gemäß Figur 1.

Figur 3 ist eine Schnittansieht entlang der Linie 3-3 in Figur 2. Figur 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie ¹I-¹I in Figur 2.

In Figur 1 ist eine Gasturbine bei 10 mit einer Welle 12 gezeigt, die für eine Rotation innerhalb eines äußeren Gehäuses 14 durch geeignete Lager an Lagerstützen 16, 18 und 20 gelagert ist. Die Welle 12 weist einen mit Schaufeln versehenen Kompressorrotor 22 und einen Turbinenrotor 24 auf, die ihrerseits einen Teil des Kompressors 26 und der Turbine 28 bilden.

In Figur 2 ist die Lagerstütze 18 gemäß Figur 1 mit weiteren Einzelheiten gezeigt. Sie umfaßt ein Achslager 29 mit einer Lagerverkleidung 30, die die Welle 12 umgibt und diese an ihrem Lager (bei 31 gezeigt) für eine Rotation haltert. Die Lagerverkleidung 30 wird von einem Gehäuse 32 getragen, das vorzugsweise eine gegossene Konstruktion hat und einen Sumpfraum oder eine Kammer 3¹I um die Lagerbuchse 30 herum bildet.

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Das Gehäuse 32 gemäß Figur 2 weist einen mittleren Nabenabschnitt 36 auf, der von einem äußeren Wandabschnitt 40 durch zahlreiche Stegteile 42 beabstandet ist, um so die Sumpfkammer zwischen dem Nabenabschnitt 36 und einer inneren Wandoberfläche 43 des Wandabschnittes 40 zu bilden.

Der Nabenabschnitt 36 weist eine radial nach innen gerichtete ringförmige Vertiefung 44 auf, die einen vorspringenden Rand 46 der Laufbuchse 30 aufnimmt, um so die Laufbuchse 30 gegen eine axiale Bewegung zu sichern.

Das Gehäuse 32 kann mit einer äußeren Kammer 48 versehen sein, die mit einer Entlüftungsleitung 50 über geeignete Kanäle 52 in Verbindung steht₉ die im Gehäuse 32 ausgebildet sind.

Geeignete Dichtungsmittel sind beispielsweise bei 54 und 56 vorgesehen, um eine Leckströmung von der Außenseite des Gehäuses in die Außenkammer 48 zu verkleinern. In ähnlicher Weise sind Dichtungsmittel, beispielsweise bei 58 und 60, vorgesehen, um eine Leckströmung zwischen der Sumpfkammer 34 und der Außenkammer 48 zu vermindern.

Die Sumpfkammer 34 ist an ihrem oberen Teil durch eine geeignete Leitung 6l entlüftet, die im allgemeinen koaxial zu der Leitung und teleskopartig innerhalb dieser Leitung 50 verlaufen kann.

Geeignete Schmiermittelzuführungen sind bei 62 vorgesehen, um für eine kontinuierliche Schmiermittelströmung zur Grenzfläche zwischen Laufbuchse und Lager zu sorgen. Die Schmiermittelzufuhr umfaßt eine Leitung 64, die mit einer Schmiermittelquelle in Verbindung steht und in den Nabenabschnitt 36 der Lagerhalterung hineinragt, eine in Umfangsrichtung verlaufende Verteilungsrille 66, die sich in dem Nabenabschnitt 36 befindet, einen Durchlaßkanal 68, der durch den Nabenabschnitt 36 hindurch ausgebildet ist und die Leitung 64'mit der Rille 66 verbindet, und in Figur gezeigte Durchlaßkanäle 70 und axiale Verteilungsrillen 72. Wie in Figur 3 gezeigt ist, bildet die in Umfangsrichtung verlaufende

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■Vf.

Verteilungsrille 66 einen Durchlaßkanal zusammen mit der radial äußeren Oberfläche der Laufbuchse 30, um die Schmiermittelströmung mit den Rillen 72 über die radialen Durchlaßkanäle 70 in Verbindung zu bringen, die durch die Laufbuchse 30 hindurch ausgebildet sind. Die radial nach innen gerichteten Rillen 72 führen axial an dem Lager 31 entlang, um so das Schmiermittel auf der Länge der Lauffläche 31 des Lagers 29 zu verteilen.

Eine in Umfangsrichtung verlaufende oder radial nach innen gerichtete ringförmige Rille 74 ist neben jedem axialen Ende der Laufbuchse 30 und axial außen von den axialen Verteilungsrillen 72 vorgesehen, um die Schmiermittelströmung zu sammeln, nachdem diese entlang der Lagerfläche zwischen der Welle 12 und der Laufbuchse 30 geflossen ist.

Wie in den Figuren 2 und 4 gezeigt ist, sind zahlreiche Sprühkanäle 76 radial durch die Laufbuchse 30 hindurch ausgebildet und stehen mit jeder in Umfangsrichtung verlaufenden Sammelrille 74 in Verbindung.

Die Kanäle 76 sind derart angeordnet und bemessen, daß sie das Schmiermittel gegen die oberen Abschnitte der Wandoberfläche 43 in der Weise sprühen, daß diese innere Wandfläche kontinuierlich mit Schmiermittel benetzt ist, wenn dieses durch die Schwerkraft zum Boden der Sumpfkammer 3^4 strömt.

Die Sumpfkammer 3^ kann durch eine geeignete Leitung, wie sie beispielsweise bei 78 gezeigt ist, entleert werden, die mit dem unteren Abschnitt der Kammer 34 durch die Außenwand 40 hindurch in Verbindung steht. Die Leitung 78 kann teleskopartig über die Zufuhrleitung 64 geschoben sein.

Die Sumpfkammer 34 und die Außenkammer 48 werden durch teleskopartig angeordnete, im allgemeinen konzentrische Leitungen 6l bzw. 50 entlüftet.

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Die Verwendung, Arbeitsweise und Punktion der erfindungsgemäßen 'Anordnung sind wie folgt. In der Praxis ist das Gehäuse 32 gewöhnlich von unter Druck stehender Luft mit Temperaturen von 315 ⁰C (6OO ⁰F) oder mehr umgeben. Das zum Schmieren des Lagers verwendete Schmiermittel muß gegenüber diesen hohen Temperaturen geschützt werden, um eine Bildung von Koks oder einer anderen Verschlechterung des Schmiermittels zu verhindern, damit das Schmiermittel nicht durch Sieden verdampft und möglicherweise Feuer fängt.

Der Schmiermitteldurchsatz zum Achslager 30 über die Zufuhrvorrichtung 62 kann in dem Bereich von 170 bis 27Ο Litern pro Minute liegen, wobei jedoch auch andere Durchsatzmengen möglich sind. Es wurde gefunden, daß durch das anschließende Besprühen oder Aufprallen der Achslager-Schmiermittelströmung gegen die Innenfläche der Kammerwand des Lagersumpfes auf dem oberen Abschnitt des Gehäuses gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung signifikante Senkungen der Temperatur der Luft innerhalb der Sumpfkammer 34 und der Temperatur der Außenwand 40 erreicht werden können. Demzufolge sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, um Schmiermittel zur Lagerfläche des Achslagers 30 zuzuführen und anschließend oder nachfolgend das Schmiermittel gegen die Innenwand ^3 der Sumpf kammer 34 zu sprühen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Schmiermittel dem Lager durch die Vorrichtung 62 zugeführt, durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Sammelrillen 74, an jedem axialen Ende des Achslagers gesammelt und dann anschließend als eine Vielzahl von Sprühstrahlen gegen die obere Innenfläche 43 des Wandabschnittes 40 geschleudert, was beispielsweise durch die Sprühkanäle 7 6 geschieht. Auch wenn das Lager 30 in Figur 4 mit fünf derartigen Durchlaßkanälen an jedem axialen Ende des Lagers gezeigt ist, kann auch eine andere Anzahl und eine andere Form dieser Sprüheinrichtungen verwendet werden. Nachdem das Schmiermittel gegen die Wandfläche 43 gesprüht worden ist, strömt es durch die Wirkung der Schwerkraft an den Seitenwänden entlang zum unteren Teil der Sumpfkammer 34, von wo es durch die Abflußleitung 78 zum Reservoir zurückgeleitet wird.

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Bei Versuchen mit Lageranordnungen, die erfindungsgemäß ausgebildet waren, wurden Temperatursenkungen im Metall und Senkungen der Lufttemperaturen in der Lagersumpfkammer in der Größenordnung von 65 °C bzw. 120 ⁰C (150 ⁰P bzw. 250 ⁰P) gefunden.

Wenn, wie in der Anordnung gemäß Figur 2, ein Durchlaßkanal, wie bei 80, an der Oberseite der Kammer 3^ vorgesehen ist, um die Kammer 3^ mit der Ent luftungsleitung 61 zu verbinden, ist wenigstens einer der Sprühkanäle J6 bevorzugt so angeordnet, daß die zum Durchlaßkanal strömende Luft die Schmxermittelströmung kreuzt,

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Claims

Ansprüche

1. Turbomaschine mit einer Welle, einem Achslager, das die Welle drehbar haltert, einem Gehäuse, das das Achslager umgibt und stützt und eine Innenwand aufweist, die eine Sumpfkammer um das Achslager herum bildet, gekennzeichnet d u r ch eine Vorrichtung (62) zur Zufuhr von Schmiermittel zu dem Achslager (29) und zum anschließenden Sprühen des Schmiermittels gegen die Innenwand (43) des die Sumpfkammer (34) bildenden Gehäuses (32) derart, daß die Innenfläche der Sumpfkammer kontinuierlich benetzbar und durch das Schmiermittel kühlbar ist.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zufuhr- und Sprühvorrichtung (62) Mittel (74) zum Sammeln des Schmiermittels nach dem SchmierVorgang und vor dem Austreten aus dem Achslager und weiterhin zahlreiche Sprühkanäle (76) umfaßt, die in dem Lager ausgebildet sind und mit den Sammelmitteln (74) in Verbindung stehen.

3. Turbomaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Achslager (29) eine ringförmige Laufbuchse aufweist, die von dem Gehäuse (32) getragen ist und um eine auf der Welle (12) gebildete Lauffläche (31) herumführt, und die Schmiermitte!-Sammelvorrichtung wenigstens eine radial nach innen gerichtete ringförmige Sammelrille (74) aufweist, die in der Laufbuchse (30) des Achslagers (29) ausgebildet ist.

4. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zufuhr- und Sprühvorrichtung (62) für das Schmiermittel weiterhin wenigstens eine radial nach innen gerichtete Verteilungsrille (66) aufweist, die in der Laufbuchse (30) zum Verteilen des Schmiermittels entlang eines Mittelabschnittes des Achslagers ausgebildet ist, wobei die Sammelmittel (74) einen radial nach innen

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gerichteten ringförmigen Schlitz aufweisen, der neben jedem axialen Ende der Laufbuchse (30) und axial außen von den Vertexlungsrillen (66) ausgebildet ist,

5. Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprühkanäle (66) nur durch den oberen Abschnitt der Laufbuchse (30) hindurch ausgebildet sind, so daß das Schmiermittel auf die oberen Abschnitte der Innenwand (43) sprühbar ist, und die unteren Abschnitte der Innenwand aufgrund der Schwerkraft durch das Schmiermittel benetzt sind.

6. Turbomaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß Dichtungsmittel (58, 60) an der Durchführung der Welle (12) durch das Gehäuse zur Senkung der Leckströmung von Luft in die Sumpfkammer (34) und eine Entlüftungsleitung (61) vorgesehen sind, die mit der Sumpfkammer über eine obere Wand des Gehäuses in Verbindung steht zum Abführen der Leckströmung, wobei wenigstens einer der Sprühkanäle (76) derart ausgebildet ist, daß sich der Schmiermittel-Sprühstrahl mit der Leckluftströmung zur Entlüftungsleitung (61) kreuzt.

7. Turbomaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Abflußleitung (78) mit der Sumpfkammer (34) durch eine untere Wand des Gehäuses hindurch in Verbindung steht für einen Abfluß des Schmiermittels aus der Sumpfkammer, wobei das Schmiermittel zur Abflußleitung (78) entlang den inneren Wandflächen fließt, die die Sumpfkammer bilden, wodurch das Gehäuse und die Sumpfkammer kühlbar sind.

8. Laufbuchse zur Verwendung in einem Achslager, dadurch gekennzeichnet , daß die Laufbuchse (30) in enger Passung um ein Lager (29) für eine rotierende Welle (12) herumführt und in einem Gehäuse (32) eingeschlossen ist, das eine Sumpfkammer (34) um das Achslager (29) herum bildet, in

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ORIGINAL INSPECTED

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der Laufbuchse Durchlaßkanäle (68) ausgebildet sind zur Zufuhr einer Schmiermittelströmung zur Berührungsfläche von Laufbuchse und Wellenauflagefläche, eine ringförmige, radial nach innen gerichtete Rille (7*0 neben jedem Ende der Laufbuchse zum Sammeln des Schmiermittels nach dem Schmieren des Lagers ausgebildet ist und zahlreiche Sprühkanäle (76) durch die Laufbuchse (30) hindurch ausgebildet sind und mit den Sammelrillen (76) in Verbindung stehen, wobei die Sprühkanäle (76) derart bemessen und ausgebildet sind, daß anschließend das Schmiermittel gegen die oberen Innenwandflächen des Lagergehäuses sprühbar ist.

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