DE2911127A1

DE2911127A1 - Turbokompressor

Info

Publication number: DE2911127A1
Application number: DE19792911127
Authority: DE
Inventors: Denis Lawrence Lofts
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1979-09-27
Also published as: FR2420673B3; NL7902331A; US4260339A; FR2420673A1

Description

Palente.nwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach

-^- Dipl.-Ing. Günther Koch

1 127 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 0275 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 21. März 1979

Unser Zeichen: 16 586 - K/Ap

Anmelder: British Aerospace

Brooklands Road
Weybridge KTl^, Surrey
Großbritannien

Bezeichnung: Turbokompressor

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbokompressor.

Allgemein sind die drehenden Teile eines Turbokompressors, d.h. Turbinen- und/oder Kompressorrotor zusammen mit ihren zugeordneten Wellen nur kostspielig herzustellen,und es ist schwierig und aufwendig, diese rotierenden Teile wegen ihrer hohen Arbeitsdrehzahl im Gehäuse zu lagern. Es ist daher als großer Vorteil anzusehen wenn diese Kosten vermindert werden können, so daß ein weiterer Markt für die Vorrichtung verfügbar wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung der drehenden Teile und ihrer Lager zu schaffen, die eine relativ billige Herstellung ermöglichen.

Die Erfindung geht aus von einem Turbokompressor mit einem Gehäuse und einem Rotor, der innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine feste Welle von Verankerungsmitteln am Gehäuse abgestützt ist, und daß Axiallager und Radiallager den Rotor drehbar gegenüber der Welle abstützen, und daß die Lager Strömungsmittel lager sind, und Jeweils wenigstens zwei gegenüberliegende Oberflächen besitzen, zwischen denen im Betrieb ein Arbeitsmittel befindlich ist.

Vorzugsweise verankern die Verankerungsmittel nur ein Ende der Welle am Gehäuse, und das andere Ende der Welle steht frei aus dem Gehäuse vor.

Zweckmäßigerweise besitzt das Radiallager eine Oberfläche, die der Welle zugeordnet ist, und eine andere, die dem Rotor zugeordnet ist. In diesem Falle sind vorzugsweise elastische Lagermittel vorgesehen, die jedoch nicht notwendigerweise zwischen einer der gegenüberliegenden Oberflächen und der zuge-

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ordneten Welle oder dem zugeordneten Rotor eingefügt werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt längs der Drehachse X-X des Turbokompressors.

Die Zeichnung zeigt einen Turbokompressor der geeignet ist, kalte Druckluft einer Plugzeugkabine zuzuführen. Der Turbokompressor weist ein Gehäuse 1 auf, das bei zwei an einem festen, nicht dargestellten Aufbau gelagert wird. Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen, von denen der eine,mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnete Teil, einen Turbinenrotor 4 und der andere, mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnete Teil einen Kompressorrotor 6 aufweist.

Jener Teil 3 des Gehäuses weist einen Turbinenabgaskanal 7 und einen schneckenförmigen Einlaßkanal 8 auf. Der Turbinenrotor 4 ist ein radial angeströmter Rotor.

Jener Teil 5 des Gehäuses besitzt einen Kompressoreinlaßkanal 9 und einen schneckenförmigen Auslaßkanal 10, wobei der Kompressorrotor 6 von der Zentrifugal-Strömungs-Bauart ist.

Die Rotoren 4 und 6 sind zweckmäßigerweise Rücken an Rücken angeordnet, da sie beide um die Achse X-X drehbar sind. Sie sind einstückig hergestellt, da die Betriebstemperatur von Turbine und Kompressor innerhalb der Arbeitsgrenzen eines einzigen Materials liegen. Stattdessen können die Rotoren 4 und 6 auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wenn die Turbine heißläuft, wie es der Fall sein könnte, wenn sie als Kraftantrieb arbeitet. In diesem Fall sind die beiden Rotoren in einer noch zu beschreibenden Weise verbunden. Ihre

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Verbindungslinie ist schematisch bei 11 strichliert dargestellt.

Unabhängig von ihrer Konstruktion drehen sich die beiden Rotoren 4 und 6 als Baueinheit, die innerhalb des Gehäuses 1 auf folgende Weise eingebaut ist. Der Kanal 7 besitzt einen radial nach innen stehenden Steg 12 mit einem Ansatz 13* der eine Bohrung 14 aufweist, welche koaxial zur Achse X-X verläuft. Pest verankert in dieser Bohrung 14 ist eine Welle 15, die koaxial zur Achse X-X vom verankerten Ende 16 durch den Teil 3 des Gehäuses nach dem Teil 5 des Gehäuses verläuft. Die Weile ist durch eine Schulter 17 verankert und eine Mutter 18 ist auf einem Schraubgewindeabschnitt des Wellenendes 16 aufgeschraubt, um den Ansatz IjJ zusammenzudrücken, wenn die Mutter angezogen wird. Die Welle 15 steht von diesem Ansatz 13 freitragend vor.

Die Rotorbaueinheit 4, 6 wird drehbar von der Welle 15 über einen Lageraufbau I9 getragen, der eine radiale Festlegung bewirkt und durch einen weiteren Lageraufbau 20 der eine axiale Festlegung bewirkt.

Der Lageraufbau I9 wird von einem Strömungsmittellager gebildet, das eine zylindrische äußere Lageroberfläche 21 besitzt, der die Rotoreinheit zugeordnet ist, und außerdem zwei axial im Abstand zueinander liegende zylindrische innere Lageroberflächen 22 und 23, die der Welle 15 zugeordnet sind, und innerhalb der Lageroberfläche 21 liegen. Die Außenseiten der Lagerflächen und 23 liegen einer Innenfläche der Lageroberfläche 21 gegenüber und dazwischen ist das Arbeitsmittel angeordnet, das als Lagerträger wirkt. Das Arbeitsmittel kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, je nach Auslegung des Lagers. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Lagermedium Luft

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benutzt. Wiederum ist es eine Frage der Wahl, ob das Strömungsmittel selbst erregt wird durch relative Drehung der Lageroberflächen, oder ob es unter Druck von einer Druckquelle zugeleitet wird. Eine der Lageroberflächen kann Segmentform aufweisen statt genau ringförmig zu sein.

Unabhängig von der Wahl des Lagermittels sind in diesem Fall die Lagerflächen 22 und 23 elastisch auf der Welle 15 dadurch gelagert, daß Lagermittel für jedes Teil in Gestalt von elastomeren Zwillingsringen 24 in Gestalt von O-Dlchtungsringen in Ringnuten angeordnet sind, die in einer äußeren Oberfläche der Welle 15 und in einer inneren Oberfläche jedes Teils 22 oder 23 ausgebildet sind. Die äußere Lageroberfläche 21 ist fest inner" halb des Rotors gelagert. Wenn die Rotoren 4 und 6 getrennt hergestellt sind, dann werden sie auf diese Weise verbunden.

Der Lageraufbau 20 überträgt wie erwähnt, Axialbelastungen auf den festen Aufbau. Um diese Belastungen direkt in das Gehäuse einzuführen und nicht über die Welle 15* ist das Gehäuse mit einer Reaktionsvorrichtung ausgerüstet, die mehrere radial nach innen vorstehende Reaktionskörper 25 aufweist, über die die Welle 15 vorsteht und auf einer Seite der Welle liegt der Turbinenrotor 4, und auf der anderen Seite der Kompressorrotor 6.

Der Turbinenrotor besitzt eine ringscheibenartige Lageroberfläche 26, die entweder einstückig oder getrennt hergestellt ist und der eine Paßlageroberfläche 27 gegenüberliegt, welche von benachbarten Seiten des Reaktionskörpers 25 getragen wird, während der Kompressorrotor 6 eine Ringscheibenlageroberfläche 28 aufweist, die wiederum entweder einstückig oder getrennt gefertigt ist und der eine Paßlageroberfläche 29 gegenüberliegt, die von benachbarten Seiten des Reaktionskörpers 25 getragen wird. Ein Arbeitsmittel überträgt die Belastungen zwischen diesen Gruppen

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gegenüberliegender Oberflächen wie bei der radialen Lageranordnung 19,und die Art des Strömungsmittels und die Erregung ist jeweils eine Präge der Wahl.

Die Gruppen von Reaktionskörpern 25 können so angeordnet werden, daß sie aneinander stoßen um eine Ringscheibe zu bilden, die somit eine Wand zwischen dem Gehäuseteil j? und dem Gehäuseteil 5 bildet.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

2911127 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

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Datum: 21. März 1979

Unser Zeichen: 16 586 - K/Ap

Patentansprüche

Turbokompressor mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse gelagerten Rotor,
dadurch gekennzei c h η e t, daß die Rotorwelle fest von Veranlcerungsmitteln getragen wird, die die Welle am Gehäuse verankern, und daß ein Axial- und Radiallager den Rotor drehbar gegenüber der Welle abstützt, und daß das Lager ein Strömungsmittellager ist, das wenigstens zwei gegenüberliegende Oberflächen aufweist, zwischen denen im Betrieb ein Arbeitsmittel liegt.

2. Turbokompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsmittel nur ein Ende der Welle am Gehäuse festlegen.

J5· Turbokompressor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager eine Oberfläche aufweist, die der Welle zugeordnet ist und eine weitere Oberfläche, die dem Rotor zugeordnet ist.

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4. Turbokompressor nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Abstützung zwischen einer der gegenüberliegenden Oberflächen und der zugeordneten Welle oder dem Rotor angeordnet sind.

5. Turbokompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsmittel vorgesehen sind, um Axialbelastungen durch Reaktionskraft aufzunehmen, und daß das Axiallager Zwillingslager der Strömungsmittelbauart umfaßt, von denen jedes mit einer Oberfläche dem Rotor und mit der anderen Oberfläche dem Reaktionskörper zugeordnet ist.

6. Turbokompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskörper aus mehreren radial nach innen vorstehenden Teilen bestehen, die am Gehäuse verankert sind, durch die die Welle vorsteht, und daß jene Oberflächen, die den Reaktionskörpern zugeordnet sind, auf gegenüberliegenden Seiten dieser Teile befindlich sind.

7. Turbokompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen Zentrifugalströmungskompressor und eine Radialströmungsturbine aufweist, die Rücken an Rücken zueinander angeordnet sind.

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8. Turbokompressor nach den Ansprüchen 5 und 7* dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskörper zwischen Kompressor und Turbine angeordnet ist.

9. Turbokompressor nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Turbine und Kompressor einstückig hergestellt sind.

10. Turbokompressor nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Turbine und Kompressor getrennt hergestellt und durch eine Hülse verbunden sind, die koaxial zur Welle angeordnet ist.

11. Turbokompressor nach den Ansprüchen 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse jene Oberfläche bildet, die dem Rotor zugeordnet ist.

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